Swirl Injection Effects on Hybrid Rocket Motors

Authors

  • Susane Ribeiro Gomes Professor at ITA
  • Leopoldo Rocco Junior CEO Flowtest
  • José Atílio Fritz Fidel Rocco Professor at ITA

Keywords:

Hybrid rocket motor, Swirl injector, Solid fuel regression rates.

Abstract

In the last decades, hybrid rocket engines have been increasingly studied and used in space vehicles. However, the low regression rates and specific impulses still represent major drawbacks to this technology. The objective of this study was to quantify the relative improvement of regression rate values with the use of a swirling flow injector in comparison to an axial injector. Seven tests were conducted with axial injection and seven with swirl injection. Regression rate results were compared, and it was found that swirl injection improved regression rates in 50% for mass fluxes higher than 45 kg∙s–1∙m–2. It was possible to see radiation, kinetic and diffusion theory on the logarithmic plot of regression rate per oxidizer flux yielded by both injectors. A strong agreement with experimental findings of regression rates in the literature parameters is reported.

Author Biographies

Susane Ribeiro Gomes, Professor at ITA

Possui graduação em Engenharia Aeronáutica pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2009), doutorado em Propulsão Aeroespacial pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2012). Vivência de trabalho na indústria de Materiais de Defesa. Membro do AIAA - American Institute of Aeronautics and Astronautics. Tem experiência na área de Engenharia Aeroespacial, com ênfase em Materiais Energéticos. Trabalhou com engenharia de desenvolvimento na área de Propulsão Aeroespacial na Avibras Indústria Aeroespacial S/A. Desenvolve estudos experimentais em motores foguete híbridos além de investigações teóricas de modelagem da combustão dos materiais em escoamentos reativos empregando simulação computacional.

Leopoldo Rocco Junior, CEO Flowtest

Graduado em engenharia mecânica pela Fundação Armando Álvares Penteado (FAAP) (1983), administração de empresas pela Universidade Presbiteriana Mackenzie (1990), mestrado (2006) e doutorado (2013) em engenharia aeronáutica e mecânica pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica - ITA. Estudos sobre: - injetores do tipo swirl duplo (bi-propelentes) para combustível e oxidante líquidos, utilizados em motores-foguete líquido; - injetores axiais e do tipo swirl para oxidante gasoso, utilizados em motores-foguete híbrido; - combustão de combustíveis sólidos aditivados ou não com energéticos; - mecanismos cinéticos e modelagem computacional de escoamentos reativos; - proteção térmica da câmara de combustão e tubeira com materiais ablativos. É integrante dos grupos de pesquisa (CNPq) :-Materiais energéticos; -Projetos, fabricação e processos de materiais estratégicos da Área de Defesa; - Propulsão Química. Atua na Bertel Indústria Metalúrgica Ltda. nas gestões das áreas administrativa, pessoal, comercial, qualidade (ISO 9001-2008) e segurança do trabalho. Administra a empresa Flowtest Engenharia e Pesquisa Ltda que atua em projetos de pesquisa e desenvolvimento P&D.

José Atílio Fritz Fidel Rocco, Professor at ITA

Possui graduação em Engenharia Química pelo Centro Universitário da FEI (1982), mestrado em Física pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2000) e doutorado em Física pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (2004). Vivência de trabalho na indústria de Materiais de Defesa (Avibras Indústria Aeroespacial S.A.). Membro do AIAA - American Institute of Aeronautics and Astronautics. Atualmente é professor adjunto do ITA- Instituto Tecnológico de Aeronáutica. Tem experiência na área de Engenharia Aeroespacial, com ênfase em Materiais Energéticos tais como propelentes, explosivos e pirotécnicos além da fabricação em escala industrial de motores-foguete a propelente sólido empregados em Materiais de Defesa tais como sistemas de saturação de área. Trabalha no estudo da combustão de materiais energéticos sob enfoque físico-químico empregando técnicas de caracterização tais como análises térmicas: calorimetria exploratória diferencial (DSC) e termogravimetria (TG), entre outras. Desenvolve estudos de modelagem da combustão destes materiais em escoamentos reativos empregando simulação computacional. Participa de projetos de pesquisa e desenvolvimento (P&D) nas áreas de propulsão sólida, híbrida e líquida (motores-foguete), lubrificantes sintéticos, revestimentos poliméricos de alto desempenho, barreiras térmicas de turbinas a gás e otimização em simulação de queima de motores aeroespaciais.

Downloads

Published

2015-11-08

Issue

Section

Original Papers