W artykule przeprowadzono analizę dokumentów standaryzacyjnych NATO zawierających opis stanowisk badawczych, których podstawowym składnikiem były silniki rakietowe na paliwo stałe, wykonane w zmniejszonej skali oraz opisu metod pomiaru średniej szybkości spalania paliw rakietowych za pomocą tego rodzaju silników. Pomiar prędkości spalania wymaga znajomości przebiegu krzywej ciśnienia produktów spalania ładunku paliwa rakietowego w funkcji czasu pracy silnika rakietowego oraz znajomości grubości warstwy palnej ładunku paliwa rakietowego, odpowiadającej długości drogi, którą strefa spalania ma do przebycia. Analizowanymi dokumentami standaryzacyjnymi Publikacji Sojuszniczych NATO wprowadzonych przez porozumienia standaryzacyjne STANAG 4672 Ed. 1 dotyczące środków bojowych są AOP-57 Ed 1 oraz AOP-58 ED.1. Dokumenty te zostały wydane w 2010 r.
EN
The paper includes an analysis of NATO standardization documents describing test stands consisting of subscale solid rocket propellant motors as main components and also describing test methods on measurement the average burning rate of rocket propellants by such type of motors. All burning rate measurements require the time pressure curve of propellant combustion products during operation of the rocket motor to be known both with the thickness of a combustion zone of rocket propellant charge corresponding to the distance the combustion zone has to move. The analyzed NATO Allied Publication standardization documents concerning ordnance were introduced by Standardization Agreement (STANAG) 4672 Ed.1 are Allied Ordnance Publications AOP-57 Ed.1 and AOP-58 Ed.1. These documents were issued in 2010.
Praca przedstawia projekt rozwoju ekologicznego silnika rakietowego wykorzystującego wysoko stężony nadtlenek wodoru jako utleniacz i węglowodory jako paliwo. Projekt realizowany w ramach prac statutowych Instytutu Lotnictwa ma na celu budowę i przetestowanie jednostki napędowej umożliwiającej transfer satelitów telekomunikacyjnych z niskiej na geostacjonarną orbitę ziemską. Przedstawiono układ konstrukcyjny silnika wraz z opisem jego kluczowych elementów. W pracy zawarto również uproszczoną metodologię rozwoju projektu wraz z przykładowymi wynikami obliczeń. Projekt pozwolił na budowę i wstępne przetestowanie zaproponowanego silnika rakietowego, pozytywnie weryfikując postawione założenia. Obecnie trwają prace nad kolejną wersją tego typu jednostki napędowej, przystosowanej do realizacji badań laboratoryjnych.
Artykuł ten przedstawia omówienie obecnie badanych mieszanin hipergolicznych typu „green”, będących potencjalną alternatywą dla układów złożonych z hydrazyny i jej pochodnych w połączeniu z utleniaczami typu N2O4, WFNA, czy RFNA. Przedstawione wyniki badań wykazują, że większość związków chemicznych posiadające cechy samozapłonowe z nadtlenkiem wodoru klasy HTP charakteryzuje się czasem opóźnienia samozapłonu w przedziale od 10-30 ms, a niektóre z nich nawet 9 ms. W artykule zawarto również opis metod badawczych określania czasu opóźnienia samozapłonu mieszanin hipergolicznych. Dodatkowo przedstawiono opis stanowiska badawczego wykonanego w ramach projektu PULCHER z FP7 SPACE.
EN
This article describes the survey of the presently tested green hypergolic propellants that could be used as an alternatives for highly toxic mixtures such as hydrazine and its methyl derivatives with NTO, WFNA or RFNA. Presented research results clearly demonstrate that the autoignition delays for most of them being hypergolic with HTP(High Test Peroxide) are in the range of 10-30ms. Some of these propellants promoted with hydride compounds of light transition metals exhibit AID on the level of 9 ms. In the comparison to the MMH/NTO with AID equal to 3 ms the new hypergolic green propellants seems very attractive with their performances for the new space applications. Description of the methods to test hypergolic propellants are also included. Additionally the test stand designed and manufactured in the frame of project PULCHER FP7 SPACE is demonstrated.
W artykule zwrócono uwagę na możliwość wykorzystania sężonych, stabilizowanych roztworów nadtlenku wodoru (H2O2) w celu wypracowania jak najprostszej oraz skutecznej metody zapłonu węglowodorów ciekłych. Zastosowanie odpowiednio stężonego, stabilizowanego fosforanami, nadtlenku wodoru jako utleniacza (o stężeniu 85% i powyżej) oraz stałego katalizatora jego rozkładu (np. w postaci jego zawiesiny w paliwie) pozwala na uzyskanie samozapłonu spełniającego cechy tzw. zapłonu hipergolicznego (ang. hypergolic). Rzeczywiste układy hipergolowe (np. dwuskładnikowy układ ciekłego paliwa rakietowego oraz utleniacza) ulegają samoczynnemu zapłonowi w chwili, gdy ich składniki ulegną wymieszaniu. Są one jednak dość kłopotliwe w przechowywaniu i transporcie, ale raczej niezawodne w użytkowaniu w silniku rakietowym - gdyż nie wymagają dodatkowych systemów zapłonowych. W określonych warunkach stężony nadtlenek wodoru również może stanowić ciekły utleniacz, który posiada jednocześnie cechy hipergolika w stosunku do odpowiednio spreparowanych paliw weglowodorowych. Jedną z metod wykorzystywaną w tym celu może być dodatek katalizatora do paliwa węglowodorowego w postaci jego drobnokrystalicznej soli. Dalsze prace badawcze wymagane sa w kierunku określenia różnic w zachowaniu się układu przy zastosowaniu HTP (zamiast silnie stabilizowanego H2O2) czy też w warunkach odpowiadających pracy prawdziwego silnika rakietowego.
EN
The paper presents a simple and effective approach towards receiving the hypergolic ignition of a potential environmentally friendly liquid propellant consisting of stabilized hydrogen peroxide as a oxidizer (with a concentration of 85% or higher) and hydrocarbon fuels for use in rocket engines. Simple tests conducted up to now prove positive effect of relatively small amount of metal salt catalyst in fuels for elicitation of the hypergolic ignition. Such bipropellant formulation may be utilized in a real rocket engine environment - for instance in a pressure-fed liquid propellant rocket engine. However, to establish such technology more tests are needed to perform to find what kind of effects exerts the amount of catalyst and the initial temperature of the fuel on the ignition delay of such hypergolic bipropellants. An experimental program aimed at determining the effects of initial ambient pressure, initial ambient gas properties, and hydrogen peroxide concentration on ignition delay. Results show that ignition delay can be reduced by increasing the hydrogen peroxide concentration. The applicability of traditional vaporization and ignition theories to the ignition of a catalytically promoted fuel with rocket grade hydrogen peroxide are shortly discussed as well. However, the paper emphasizes that there are also many other important issues that must be taken into account, such as the level of stabilizers in the H202 or the difference between the ignition delay times from open cup tests and those from rocket engine static firings.
Elektrotermiczny napęd rakietowy ze względu na prostotę swego działania i konstrukcji jest atrakcyjnym rozwiązaniem dla inżynierów projektujących systemy kontroli położenia satelitów. Ciagłe poszukiwanie nowych rozwiązań oraz stosowanie nowych materiałów konstrukcyjnych znacząco podniosły sprawność obecnych silników rakietowych, w tym elektryczno-termicznych typu "Resistojet" . Nowym rozwiązaniem proponowanym w tego typu napędach jest wymiennik ciepła z oscylującym elementern grzewczym. Dzięki temu termiczna warstwa przyścienna Charakteryzująca się znacznie większą temperaturą niż temperatura przepływającego ośrodka, powstająca na płytce jako elemencie grzewczym, odrywa się, a następnie miesza z pozostałą częścią płynu ogrzewając ją. Wykazano, że istnieje granica częstotliwości oscylacji, która w sposób znaczący poprawia efektywność grzania czynnika roboczego. Badania wykonano w ramach projektu ESA PECS 98104 Gas Resistojet Thruster for Medium Size Satellite Attitude Control.
EN
Electric rocket propulsion belong to the group of rocket engines which use thermal energy converted from electric. This energy conversion is crucial problem for this kind of rocket engines. The electric rocket engines are divided by methods of energy conversion and in this work is presented solution for resistance rocket engines called "resistojet". Resistojets are mostly used as a propulsion for attitude control system of satellite platforms because their simplicity, relative high specific impulse and long work-time duration ability. Recently development of new solutions and new materials have significantly increased the efficiency of energy conversion and decreased losses of thermal energy in resistojets. New solution proposed to the resistojets is heat exchanger with flat plate. The phenomena of thermal boundary layer created on surface of plate is additional intensify by high frequency oscillating. Because of dynamic move the boundary layer is broken and mixed in downstream flow. Mixed fluid increase own temperature and enthalpy that is converted to high velocity in the supersonic nozzle. In this work was shown that there is limitation of frequency oscillation of flat plate to enhance thermal process to heating fluid. This work was done as a part of project "ESA PECS 98104 Gas Resistojet Thruster for Medium Size Satellite Attitude Control".
Artykuł jest kontynuacją rozważań dotyczących zagadnień związanych z projektowaniem silnika napędowego na paliwo stałe pocisku rakietowego [1],[2]. W [1] przedstawiono praktyczną metodę projektowania ładunku napędowego silnika, a w [2] pokazano sposób oceny wytrzymałości komory spalania. Natomiast poniżej podano prosty sposób projektowania kolejnego ważnego elementu silnika tj. zespołu dyszy. Również na przykładzie silnika startowego imitatora celu powietrznego ICP-G [1] pokazano kolejne etapy projektowania (obliczania) dyszy. Przedstawiono także wyniki badań stacjonarnych silnika na hamowni potwierdzające praktyczną przydatność tej metody.
EN
The paper is a continuation of considerations linked with the designing of a solid propellant rocket motor [1], [2]. A practical designing method for motor propelling charge is presented in [1] and a way for assessment of burning chamber is included in [2]. A simple designing method for the nozzle unit is presented in the hereby paper. Particular stages of nozzle designing process are referred to the example of the starting motor of the aerial target imitator ICP-G [1]. The results of tests carried out on a motor testing bed confirm the suitability of proposed method.
W artykule przedstawiono metodę praktycznego obliczania parametrów balistycznych silnika rakietowego na paliwo stałe tj. ciśnienia roboczego w komorze spalania, ciągu, czasu pracy oraz impulsu całkowitego i jednostkowego. Przedstawiono metodę, która dzięki przyjęciu szeregu uproszczeń, pozwala na szybkie określenie tych parametrów z dostateczną dla praktyki dokładnością. Metoda ta łącznie z zasadami określania parametrów konstrukcyjnych silnika (parametry ładunku, komory spalania i zespołu dyszy) podanymi w [1÷4] umożliwia znaczne skrócenie etapu wstępnego projektowania silnika i szybkie przejście do etapu badań stacjonarnych modeli silnika na hamowni, które weryfikują konstrukcję silnika pod względem spełnienia postawionych wymagań balistycznych. Pokazano praktyczne zastosowanie tej metody. Na przykładzie silnika startowego imitatora celu powietrznego ICP-G, przeznaczonego do prowadzenia badań strzelaniem rakiet przeciwlotniczych, pokazano sposób obliczania parametrów balistycznych silnika. Przedstawiono kryteria, przesłanki i zależności umożliwiające, na wstępnym etapie projektowania silnika napędowego imitatora, określenie bardzo zbliżonych do docelowych, parametrów balistycznych silnika. Przedstawiono także wyniki badań stacjonarnych silnika na hamowni potwierdzające praktyczną przydatność tej metody przy balistycznym projektowaniu silników rakietowych na paliwo stałe.
EN
A practical method to calculate ballistic characteristics of solid propellant rocket motors such as burning chamber working pressure, thrust, time of operation, total and specific impulse, was presented in the paper. Presented method due to admission of some simplifications allows for fast determination of above mentioned characteristics and provides an accuracy which is sufficient for practical usage. This method together with principles for determination of motor designing characteristics such as load capacity and specifications of burning chamber and the nozzle, given in [1-4], enables to shorten the motor’s initial designing stage to start experiments on the testing bed and verify the fulfilment of earlier set ballistic requirements. The application of this method is illustrated in the paper on the example of a booster motor of the aerial target imitator ICP-G used to test accuracy of antiaircraft missile self-guided heads at live firings. Some formulations enabling at the initial designing stage the specification of motor ballistic characteristics which comply with the final performance of the motor are included in the paper. Presented experimental results of tests can serve as a confirmation of practical usefulness for proposed method.
W artykule pokazano mechanizm procesu przekazywania ciepła od gorących gazów spalinowych do ścianki metalowej silnika rakietowego na paliwo stałe, w wyniku którego następuje intensywne nagrzewanie się ścianki. Podano związane z tym zagrożenia dla wytrzymałości elementów silnika. Przedstawiono praktyczny sposób określania rozkładu temperatury na grubości ścianki silnika i określania średniej temperatury ścianki. Umożliwia to uwzględnienie procesu nagrzewania się ścianek silnika rakietowego przy obliczeniach wytrzymałości silnika.
EN
The problem is heating the sides of rocket motor during which constructor can not disregard is presented in the paper. The lowering mechanical properties are exist in heating effect (most often steel) and forming thermal stresses in the side. Both these phenomena should give consideration to calculation strength of motor. This reduces to definition of temperature distribution on thickness of the side, and first of all to calculation average temperature of the side. Moreover this temperature fined using simple method to uniform side i.e. not covered heat-insulating layer. The equation to calculation of convective hest-transfer coefficient for rocket motor and at these assumptions differential equation describe temperature distribution in the side of combustion chamber depending on time and position of examine point on thickness side are presented in the paper. Solution of this equation for definite of boundary conditions and dependence on this basis of this is defined average temperature of the side also are presented. The calculations of temperature distribution on thickness side of hypothetical rocket motors for illustrated this method are shown.
W artykule przedstawiono analizę wytrzymałości mechanicznej komory spalania silnika rakietowego na paliwo stałe. Podano obciążenia na jakie narażona jest komora w czasie pracy silnika rakietowego oraz związane z nimi naprężenia powstające w ściance komory. Przedstawiono zależności na podstawie, ktorych oblicza się te naprężenia. Podano uproszczony sposob sprawdzenia wytrzymałości komory. W oparciu o tę metodę przedstawiono ocenę wytrzymałości komory spalania pocisku rakietowego M-21OF.
EN
The analysis of mechanical resistance for the solid propellant rocket motor burning chamber is presented in the paper. The loads and stresses the chamber wall has to withstand at the rocket motor operation are described. The formulas to calculate the stresses and a simplified way to check the chamber’s resistance are given. The mentioned tools were used to evaluate the burning chamber resistance of the missile M-21OF.
W artykule przedstawiono problem wytrzymałości mechanicznej rakietowych ładunków napędowych. Podano obciążenia, na ktore narażony jest ładunek paliwa rakietowego w czasie całego okresu jego eksploatacji tj. od momentu wyprodukowania do chwili spalenia (w locie lub na hamowni) oraz związane z nimi naprężenia. Podano także znane w literaturze zależności, na podstawie których oblicza się naprężenia związane z podstawowymi obciążeniami działającymi na ładunek w okresie pracy silnika rakietowego na torze lotu pocisku rakietowego (rakiety).
EN
The problem of mechanical strength of rocket propellant charges is presented in the paper. The loads and stresses to which the charge of a rocket propellant is subjected to during its whole service life (starting from the manufacture moment and ending at its burning after launching or being tested on the test bench) are specified. Also a set of formulae known in the literature expressing the relation between the stress and loads existing at the flying trajectory of the rocket motor is included.
In this paper is presented a testing method of propulsion systems on simile micro models. In order to calculate and design a micro engine simile with a real rocket engine, physical and geometrical relations where deduced. On the base of experimental data measured after testing of simile micro engine, can be establish the ballistic parameters of real rocket engine.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Nammo Raufoss AS (Nammo) has positive experience in using Computational Fluid Dynamics (CFD) for prediction and evaluation of different types of thrust vector systems (TVC), internal flow path design and prediction of flow losses in solid propellant rocket motors. Our Finite-Volume CFD code has been extended during our parcipation in the Norvegian Propulsion Technology Development Programme by including chemical reactions, boundary conditions for burning of solid propellants and particle flow models. The code is adapted for flow field evaluation of solid grain rocket motors.The numerical method for solving the presented Euler and/or Navier-Stokes equations is based on an implicit preconditioned time-accurate integration with upwind biased 3rd order accurate finite volume flux formulation. The chemical reactions are defined through curvefits of the Jensen and Jones reaction rate coefficients. The flow domain is represented by structured grids of multi-block type. Turbulence models are of k-? type. The transport equations are solved for each specie including the solid aluminium oxide particles. The code can be used in equilibrium mode, frozen mode or in non equilibrium mode. This paper presents the CFD code at Nammo and its applications on prediction of spinrate and TVC systems on generic type rocket motors, fired and validated at Nammo, and the future Polish 70 mm rocket motor. The gas in the motor chamber is defined with an appropriate set of chemical reactions describing aluminized and/or non-aluminized burning propellant. The different loss mechanisms in the flow field are calculated, and the results are compared with thrust measurements on fired rocket motors. The evaluation of the Polish 70 mm rocket motor with integrated roll control in the nozzle exit cone has also been evaluated with respect to spin-up during rocket motor burn.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W pracy zaprezentowano zakresy zastosowań tomografii defektoskopowej i procesowej do diagnozowania silników rakietowych. Omówiono wyniki przeprowadzonych badań wstępnych w zakresie zastosowania tomografii defektoskopowej do badań poprodukcyjnych i starzeniowych lasek prochowych. Przedstawiono perspektywy dalszych badań i oczekiwane rezultaty.
EN
The paper presents a proposition of Non Destructive Testing (NDT) of the rocket engine powder rod. The present state of research and perspectives of its continuation are discussed.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.