Research in experimental rocketry : study of influence of geometric and manufacture parameters in combustion of polymeric hybrid rocket fuel grains
| Autor: | José Alejandro Urrego Peña |
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| Zdroj: | José Alejandro Urrego Peña Séneca: repositorio Uniandes Universidad de los Andes instacron:Universidad de los Andes |
| Popis: | Esta investigación busca determinar las características de desempeño de los combustibles de polimericos termoplásticos, ampliamente accesibles y procesables en Colombia, como combustibles sólidos para motores de cohetes híbridos. Específicamente, se utilizó el acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) como material de prueba para determinar su aplicabilidad como grano combustible, bajo procesos digitales de manufactura aditiva. Adicionalmente, se determinó estadísticamente la influencia de la geometría del puerto de quemado en el desempeño de la combustión de estos combustibles poliméricos. Para ello, se crearon geometrías helicoidales complejas al interiror del puerto de combustión, que fueron especialmente diseñadas para aprovechar el método de fabricación digital directa (DDM), utilizado para producir el grano. Para ello se construyó una máquina de impresión 3D tipo Prusa de código abierto, con posibilidad de modificación y adaptación a múltiples parámetros de funcionamiento durante el proceso de fabricación del grano. Durante esta investigación se crearon dos geometrías complejas novedosas en los puertos de de quemado de los granos combustibles sólidos poliméricos, con diferentes características helicoidales. En esta investigación los granos construidos con este tipo de geometría se denominaron Helical-finocyl. La geometría restante fue un puerto cilíndrico recto utilizado como geometría de control y comparación. Las características típicas de la combustión en los motores de cohetes híbridos, como la presión y el empuje de la cámara de combustión,fueron medidas y comparadas usando el Análisis Multivariado de Varianza (MANOVA) y el análisis de gráficos de caja como métodos estadísticos de caracterización. Este experimento de caracterización se realizó en un banco de pruebas de cohetes híbridos estáticos a escala de laboratorio, diseñado y construido específicamente para esta investigación. This research seeks to determine the performance characteristics of thermoplastic polymer fuels, widely accessible and processable in Colombia as solid fuels for hybrid rocket engines. Specifically, Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) was used as a test material to determine its applicability as a fuel grain, under digital additive manufacturing processes. Additionally, the geometry influence of the burning port on the combustion performance of these polymer fuel grains was statistically determined. For this purpose, complex helical geometries were created as a combustion port, which were specially designed to take advantage of the Direct Digital Manufacturing method (DDM), used to produce the grain. For this purpose, a Prusa open source 3D printing machine was built, allowing the modification and adaptation of multiple operating parameters during the fuel grain manufacturing process. During this research, two of three complex combustion port geometries were created as a novel geometry in polymeric solid grains with different helical features. In this research the grains built with this type of geometry are called Helical-finocyl. The remaining geometry was a straight-bore port used as a control and comparison geometry. The typical characteristics of combustion in hybrid rocket motors, such as combustion chamber pressure and thrust, were measured and compared using Multivariate Analysis of Variance (MANOVA) and box plot analysis as statistical methods of characterization. This characterization experiment was performed on a laboratory-scale static hybrid rocket test bench, specifically designed to this research. A digital control system (Data Acquisition and Control Console-DACC) that allows the controlled opening of the oxidant flow valves, ignition of the rocket-motor starting system, reading and storage of the characterization sensors was built. Doctor en Ingeniería Doctorado |
| Databáze: | OpenAIRE |
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