The effect of using additive manufactured nozzle plugs on the ignition process

• Autorzy: Kozłowska Sylwia , Kindracki Jan , Woźniak Przemysław , Wacko Krzysztof , Mężyk Łukasz , Kołodziej Maciej

Identyfikatory

DOI

10.22211/matwys/0251

Warianty tytułu

PL

Wpływ zastosowania zatyczek dyszowych wykonanych w technologii addytywnej na proces zapłonu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The selection of the nozzle plug and the appropriate quantity of an incendiary composition is an important step in modelling the ignition process of a solid propellant motor. The aim of the research discussed in this paper was to develop a nozzle plug which promotes adequate pressure in the combustor, while ensuring safety and simplicity of installation on the nozzle. The widespread availability of 3D printing technology has significantly simplified and reduced the cost of fabricating complex geometries. The authors designed and tested more than a dozen different snap-on nozzle plugs in order to investigate the effects of the material, the direction of printing, the shape and number of snaps, the smoothness of the printed surface, the composition of the incendiary composition and the use of an additional hold-down feature. Tests were carried out on two test rigs equipped with features imitating a rocket motor nozzle, pressure measurement, temperature measurement, and a propellant fixture. The tests showed that the printed nozzle plugs only allow effective ignition of the solid propellant with additional attachment features applied and an incendiary composition in the form of a mixture of black powder and smokeless powder. The research used a low-smoke propellant based on poly(glycidyl azide) for fuel and ammonium perchlorate as the oxidizer with the addition of octogen.

PL

Dobór zatyczki dyszowej oraz odpowiedniej ilości masy zapalającej stanowi istotny etap modelowania procesu zapłonu silnika na stały materiał pędny. Cel badań stanowiło opracowanie zatyczki pozwalającej na uzyskanie odpowiedniego ciśnienia w komorze spalania oraz zapewniającej bezpieczeństwo i prostotę montażu na dyszy. Szeroka dostępność technologii druku 3D znacząco uprościła i obniżyła koszty wykonywania nawet bardzo skomplikowanych geometrii. Autorzy pracy zaprojektowali i przetestowali kilkanaście różnych zatrzaskowych zatyczek dyszowych, badając wpływ materiału, kierunku druku, kształtu i liczby zatrzasków, stopnia wygładzenia powierzchni wydruku, składu masy zapalczej oraz zastosowania dodatkowego elementu dociskowego. Badania przeprowadzono na dwóch stanowiskach wyposażonych w element imitujący dyszę silnika, pomiar ciśnienia, pomiar temperatury i mocowanie materiału pędnego. Testy wykazały, że zatyczki drukowane pozwalają na skuteczny zapłon stałego materiały pędnego dopiero po zastosowaniu dodatkowych elementów dociskowych oraz masy zapalczej w postaci mieszaniny prochu czarnego z prochem bezdymnym. Do badań wykorzystano materiał pędny o zmniejszonej intensywności dymienia oparty na paliwie w postaci poli(azdyku glicydylu), utleniaczu chloranie(VII) amonu z dodatkiem oktogenu.

Słowa kluczowe

EN

rocket motor; solid propellant; nozzle plug

PL

silnik rakietowy; stały materiał pędny; zatyczka dyszowa

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Przemysłu Organicznego
• Czasopismo: Materiały Wysokoenergetyczne
• Rocznik: 2024
• Tom: T. 16
• Strony: 55--64
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kozłowska Sylwia

• Warsaw University of Technology, Faculty of Power and Aeronautical Engineering, Institute of Heat Engineering, Nowowiejska 21/25, 00-665 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-8269-2340

autor

Kindracki Jan

• Warsaw University of Technology, Faculty of Power and Aeronautical Engineering, Institute of Heat Engineering, Nowowiejska 21/25, 00-665 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-3453-7776

autor

Woźniak Przemysław

• Warsaw University of Technology, Faculty of Power and Aeronautical Engineering, Institute of Heat Engineering, Nowowiejska 21/25, 00-665 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1952-0343

autor

Wacko Krzysztof

• Warsaw University of Technology, Faculty of Power and Aeronautical Engineering, Institute of Heat Engineering, Nowowiejska 21/25, 00-665 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-6128-6730

autor

Mężyk Łukasz

• Warsaw University of Technology, Faculty of Power and Aeronautical Engineering, Institute of Heat Engineering, Nowowiejska 21/25, 00-665 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2297-5672

autor

Kołodziej Maciej

• Warsaw University of Technology, Faculty of Power and Aeronautical Engineering, Institute of Heat Engineering, Nowowiejska 21/25, 00-665 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-6765-6157

Bibliografia

• [1] Torecki S. Rocket Motors. (in Polish) Warsaw: Wyd. Komunikacji i Łączności, 1984; ISBN 83-206-0470-2.
• [2] Mingireanu F., Jula N., Miclos S., Baschir L., Savastru D. Solid Rocket Motors Internal Ballistic Model with Erosive and Condensed Phase Considerations. U.P.B. Sci. Bull., Series A 2018, 80(4): 215-226; https://doi.org/10.21608/AMME.2018.34725.
• [3] Williams F.A., Barrere M., Huang M.C. Fundamental Aspects of Solid Propellant Rockets. Slough: Technivision Services, 1969.
• [4] Sutton G.P., Biblarz O. Rocket Propulsion Elements. 7th ed., New York-Chichester-Weinheim-Singapore-Toronto: John Wiley & Sons, 2001; ISBN 9-471-32642-9.
• [5] Harikrishnan E.S., Hariharanath B., Vineeth G.M., Purushothaman P. Thermokinetic Analysis and Performance Evaluation of Guanidinium Azotetrazolate Based Gas Generating Composition for Testing of Solid Rocket Motor Nozzle Closures. Propellants Explos. Pyrotech. 2018, 43(10): 1006-1012; https://doi.org/10.1002/prep.201800103.
• [6] Wacko K., Kindracki J., Woźniak P., Mężyk Ł. Comparative Tests of Two Types of Nozzle Closures for Solid Propellant Rocket Motors. Mater. Wysokoenerg. (High Energy Mater.) 2023, 15: 71-80; https://doi.10.22211/matwys/0240.
• [7] Rice A.V. Closure Device. Patent US 3121310, 1964.
• [8] Williams P.N. Variable Pressure Nozzle Closure. Patent US 3910191, 1974.