Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.
rumfart på den anden måde cs banner bloghoved

Swirler-data

Kære Raketvenner,

Efter lidt tilløb er vi nu i gang med at måle på de fine små swirlers vi har gået og syslet med. Som I nok husker fik vi dem fræset hos PH Spaanteknik og for nogle uger siden fik vi så loddet de første af dem sammen til test.

Selve ideen med testen er ganske simpel. Vi skal have målt hvor meget vand der strømmer igennem per tid for et givet trykfald. I teststanden er trykfaldet givet ved trykket i selve injektoren minus atmosfærens tryk, da vi jo skyder vandet ud i luften. I en motor vil trykfaldet selvfølgelig være givet ved trykket i injektoren minus trykket i motoren. En swirler er i øvrigt designet således at dens exit areal er væsentligt større end indgangsarealet, dermed er det de små indgangshuller som sætter begrænsningen i flow.

Illustration: Thomas Madsen / Thomas Pedersen

CS basis swirler-element som tegnet i Solidworks og efter ankomst fra PH Spaanteknik. Det er indgangshullerne i siderne som styre, hvor højt flowet er.

Teststanden har to små, billige flowsensorer som kan måle det aktuelle flow. Vi ser i praksis at flowsensorerne er lidt trykafhængige, så for at komme udenom det samles alt vandet fra en test op og vejes, så har man et totalt flow at korrigere flowsensorens måling op imod.

Vi har som tidligere nævnt at vi gerne vil teste disse swirlers på en BPM5 motor, så i første omgang skal vi have designet nogle swirlers der kan give det rigtige flow i en BPM5 motor. Det vil i givet fald sige at vi skal bruge et flow på 1110 gram/s ethanol og 1450 gram /s LOX. Vi har leget lidt med geometrien i Solidworks og er landet på at vi kan have 19 swirlers i en BPM5. Det giver et flow på 58 gram ethanol per sekund og 76 gram LOX per sekund. Nu har vi jo ikke ethanol og LOX på vandflow-teststanden, så omregner vi for densitet vil det svare til at vi på ethanol-siden skal ramme et vandflow på 68 g/s og på LOX-siden skal vi ramme et vandflow på 67 g/s. Flowsensorerne måler jo volumenflow, så det er henholdsvis 68 og 67 ml/s.

Vi har til en start testet to elementer. Element #1 har på LOX siden fire indgangshuller med Ø1,1 mm og på fuel siden seks huller med Ø0,9 mm. Element #2 har på LOX siden ligeledes fire indgangshuller med Ø1,1 mm og på fuel siden fire huller med Ø1,0 mm, forskellen mellem de to elementer ligger altså på fuel siden. De umiddelbare data vi får fra sådan en test kan plottes som vist nedenfor.

Illustration: Peter Scott / Thomas Pedersen

Injektortryk og masseflow som funktion af tid for fuel siden på element #1.

Vi ser altså pæne forløb med næsten konstant tryk og dermed næsten konstant masseflow over forholdsvis lang tid. Det interessante er så når man tager alle disse data og plotter dem som masseflow som funktion af tryk. Det ser vi nedenfor.

Illustration: Peter Scott / Thomas Pedersen

Masseflow som funktion af tryk for fuel siden på element #1.

Data er fittet til en funktion som y = csqrt(x) idet det forventede flow, q, er givet som q = CdAsqrt(2dP), hvor Cd er discharge koefficienten, A er tværsnitsarealet og dP er trykfaldet. Data ses at passe rigtig fint med en sådan funktion. Tager vi alle fire måleserier på de to elementer ser det ud som nedenfor.

Illustration: Peter Scott / Thomas Pedersen

Masseflow som funktion af tryk for begge sider af element #1 og #2.

De to elementer er som nævnt ikke ens i deres hulkonfiguration. Jeg har anført huldimensionerne på graferne. De to elementer har identisk konfiguration på LOX siden, men alligevel ser vi ikke samme flow på de to kurver i venstre side. Vi oplevede dog også at element #1 blev bedre undervejs, som om der var noget flus eller andet fra loddeprocessen, som blev skyllet ud undervejs. Det indikere at vi måske ikke helt har mestret en god loddeprocess på disse første elementer. På det bedste af de to elementer ser vi et flow på 61 g/s ved 3 bar, altså en smule under de tilsigtede 67-68 g/s. Kigger vi på fuel siden af de to elementer så lander vi på ca. 51 og 46 g/s.Her ligger vi altså en del under de ønskede 67-68 g/s. Vi skal altså lidt op i enten hulstørrelse eller antal huller både på fuel og LOX siden af vores elementer. Det gør vi til en start ved at modificere de elementer vi allerede har fået fra PH Spaanteknik. På LOX siden borer vi de fire 1,1 mm huller op til 1,2 mm og på fuel siden borer vi ligeledes 1/10 op fra 1,0 til 1,1 mm.

Som en yderligere del af vores vandflowtest vil vi gerne visualisere hvorledes keglerne fra disse swirlers interagere med hinanden. Derfor har vi sat en lille 7-swirler manifold i produktion i HAB Nord. Den bliver fræset i POM og i denne kan vi så frit montere mellem en og syv swirlers og se hvorledes deres spray pattern ser ud. Med lidt held kan vi have den klar til test i den kommende weekend.

Illustration: Thomas Madsen

7-swirler manifold som bliver fræset i POM.

Thomas Pedersen er civilingeniør fra DTU fra 2006 og har en Ph.D. indenfor mikro- og nanoteknologi fra DTU Nanotech, og er nu ansat samme sted som seniorforsker. Thomas har bygget raketter siden 1999 og blev en del af Copenhagen Suborbitals i 2009. Han er et af flere medlemmer af Copenhagen Suborbitals, der skriver på denne blog.
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Har i overvejet, at hver anden swirler kører modsat (dvs. med/mod uret)? Det ville betyde, at der er medstrøm, hvor to swirlers output mødes.

Jeg ved ikke nok om sagen til at sige, om det er godt eller skidt, at de to strømme er rettet samme vej eller modsat vej, men hvis det er bedst med samme vej, så bør man nok lave hver anden swirler til et spejlbillede. Den i midten af et 7-swirler kan selvfølgelig ikke give flow i samme retning som alle dens naboer. Hvis modsat flow (som giver mere turbulens) er bedst, er der selvfølgelig ikke noget problem.

  • 0
  • 0

Vi drøftede det på et tidspunkt og så gik det lidt i glemmebogen igen. For du har ret i at det intuitivt virker bedst at de kegler roterer mod hinanden. Det er bestemt noget vi lige skal have implementeret til næste omgang elementer vi skal have produceret.

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten