100牛頓級推力之煤油與過氧化氫推進器噴注器設計

  • 游 芷均

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

本研究以無毒性的煤油基燃料與過氧化氫為雙基火箭推進劑組合,以兩階段衝擊式噴注器為噴注單元,設計100牛頓級推力之噴注盤。噴注單元設計過程以理論計算、冷流實驗觀察與開放空間點火實驗觀察兩階段衝擊式噴注單元於低推進劑流率時之霧化現象。 本研究之低流率噴注單元以傳統鑽床加工可得並具精確度之0 3mm孔徑噴嘴作為最小噴注孔徑,以推進劑達完全發展模式且管路壓差為4bar以上作為推進劑流率篩選條件。由冷流實驗觀察結果得知由上述條件限制之兩階段衝擊式噴注單元在推進劑總流率最低為11 5g/s時,可有較佳霧化特性。 本研究以PLIF方法觀察噴注單元設計條件對於液滴質量分布的影響,噴注單元設計條件為:噴注孔徑、噴注角度與兩衝擊點之間的距離,並以噴流的衝擊韋伯數作為無因次參數。觀察結果顯示,不同工作流體(煤油基燃料、乙醇、純水)在相同衝擊韋伯數時,有類似的液滴質量分布;相同的工作流體的衝擊韋伯數越高,液滴質量分布有越均勻的趨勢。將燃料與氧化劑之液滴質量分布以程式疊合,可預測推進劑混合效率、絕熱火焰溫度分布與特徵速度分布。噴注單元設計參數組合中,篩選具有較高平均特徵速度的預測值作為本研究的噴注單元設計。經篩選的噴注單元操作條件為;燃料流率2 3g/s配合0 3mm孔徑噴嘴以衝擊角度θ_F=40°置於噴注單元內對;氧化劑流率9 2g/s配合0 4mm孔徑噴嘴以衝擊角度θ_O=45°置於噴注單元外對;兩衝擊點相距5mm;由程式預測於第二衝擊點下10mm截面有最高平均特徵速度1560 6m/s。 開放空間點火實驗以設計完成的噴注單元進行,火焰觀察結果顯示,駐焰位置位於第二衝擊點下1mm,火焰長度約為40 5mm。最後,由程式將噴注單元預測結果整合設計為三組噴注單元之噴注盤,噴注盤於第二衝擊點下10mm之平均特徵速度預測值為1569 3m/s。
Date of Award2017 Aug 29
Original languageChinese
SupervisorHsiao-Feng Yuan (Supervisor)

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100牛頓級推力之煤油與過氧化氫推進器噴注器設計
芷均, 游. (Author). 2017 Aug 29

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