Modeling the combustion response function with surface and gas phase dynamics

Culick, F. E. C.; Isella, G.

doi:10.2514/6.2000-310

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“…Nela foram determinados os valores da utuação da pressão, dP P , para diferentes temperaturas de acordo com os testes feitos. Em 2000 [13], foi construído um modelo simples do problema de instabilidade em motores foguetes a propelente sólido. Para que seja possível descrever a dinâmica da região delgada adjacente à interface.…”

Section: Figura 24unclassified

“…Observações, envolvendo lmes de alta velocidade e fotos tiradas com microscópios eletrônicos de varredura mostram que a superfície de um propelente sólido em chama não é suave e, em geral, contém partículas líquidas e sólidas [13].…”

Section: Figura 24unclassified

“…No caso propelentes metalizados, a aglomeração de gotas de alumínio é um processo importante afetado, por exemplo, por pequenas quantidades de impurezas ou aditivos. A dinâmica desta região pode controlar a resposta de um propulsor em combustão [13].…”

Section: Figura 24unclassified

“…As funções de resposta relacionadas ao estudo da região da interface [13] são mostradas na gura 2.5. Onde, novamente, n = 0, A = 7.0 e B = 0.6.…”

Section: Figura 24unclassified

“…Na qual n é uma propriedade do propelente relacionada com a lei de Ahrrenius, A e B são um condensado de propriedades a m de simplicar a modelagem. Os resultados também são incorporados na análise dinâmica de um pequeno motor de foguete para ilustrar as consequências dinâmica de combustão para a estabilidade e comportamento não linear de movimentos instáveis em um motor [13].…”

Section: Figura 24unclassified

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Desenvolvimento De Um Modelo Transiente De Motor Foguete a Propelente Sólido

Vieira¹

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Agradecimentos À PUC-Rio, pela oportunidade de realizar este trabalho e pela colaboração e incentivo a pesquisa.Ao meu orientador, professor Luís Fernando Figueira da Silva, pela amizade, conhecimento, experiência, aprendizado e paciência.Ao meu co-orientador, professor Fernando de Souza Costa, por ter, gentilmente, cedido informações para o desenvolvimento do modelo.Ao meu namorado, Matheus, por toda paciência, compreensão, carinho e amor, e por me ajudar muitas vezes a achar soluções quando elas pareciam não aparecer.Aos meus pais, Fernanda e Glaucon, que são meu ponto de apoio, que sempre sonharam e participaram de todas as conquistas da minha vida.Aos meus irmãos, Clarissa e Glaucon, que me ajudaram várias vezes em momentos difíceis. À minha avó, Maria Lúcia, por ter me acompanhado de perto durante toda a trajetória da graduação.Por m, agradeço a todos que de alguma forma colaboraram na realização desse trabalho. ResumoDesenvolvimento de um modelo transiente de motor foguete a propelente sólido Um foguete é uma máquina que se desloca através da ejeção de um escoamento supersônico de um uxo de gás a altas temperaturas. O foguete pode ter dois tipos de propelente, podendo ser tanto líquido quanto sólido, e de diversas composições químicas. Os motores de propelente líquido precisam de dois componentes: o combustível e o oxidante. No motor foguete de propelente sólido, o propelente se encontra armazenado no interior da câmara de combustão, em forma de grão. Depois de sua ignição o propelente é consumido até o m, devido a isso, não é possível controlar a queima do propelente, podendo ocorrer variações consideráveis na pressão, resultando em instabilidades na combustão quando determinadas frequências são alcançadas. Portanto, o objetivo geral deste trabalho é estudar a estabilidade do propelente KNSU. Foi utilizada a metodologia encontrada na literatura. Dessa forma, caracterizou-se faixa de frequência e a função de resposta em frequência do propelente. Como resultado, obteve-se as curvas da função de resposta em frequência para o KNSU, identicando a faixa de frequência na qual ocorre a instabilidade. PalavraschaveMotor foguete propelente sólido instabilidade KN-Sucrose Abstract Development of a transient model of solid propellant rocket motor A rocket is a machine that moves through the ejection of a supersonic gas ow at high temperatures. The rocket can have two types of propellant, can be both liquid and solid, and various chemical compositions. Liquid propellant engines need two components: the fuel and the oxidizer. In the solid propellant rocket motor, the propellant is stored inside the combustion chamber in the form of a propellant grain. After ignition the propellant is consumed to the end, due to this, it is not possible to control the burning of the propellant, and considerable variations in the pressure can occur, resulting in combustion instabilities, when certain frequencies are reached. Therefore, the general objective of this work is to study the stability of the KNSU propellant. The methodology ...

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“…As funções de resposta relacionadas ao estudo da região da interface [13] são mostradas na gura 2.5. Onde, novamente, n = 0, A = 7.0 e B = 0.6.…”

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Desenvolvimento De Um Modelo Transiente De Motor Foguete a Propelente Sólido

Vieira¹

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Thermoacoustic instability in a solid rocket motor: non-normality and nonlinear instabilities

Mariappan

Sujith

2010

J. Fluid Mech.

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An analytical framework is developed to understand and predict the thermoacoustic instability in solid rocket motors, taking into account the non-orthogonality of the eigenmodes of the unsteady coupled system. The coupled system comprises the dynamics of the acoustic field and the propellant burn rate. In general, thermoacoustic systems are non-normal leading to non-orthogonality of the eigenmodes. For such systems, the classical linear stability predicted from the eigenvalue analysis is valid in the asymptotic (large time) limit. However, the short-term dynamics can be completely different and a generalized stability theory is needed to predict the linear stability for all times. Non-normal systems show an initial transient growth for suitable initial perturbations even when the system is stable according to the classical linear stability theory. The terms contributing to the non-normality in the acoustic field and unsteady burn rate equations are identified. These terms, which were neglected in the earlier analyses, are incorporated in this analysis. Furthermore, the short-term dynamics are analysed using a system of differential equations that couples the acoustic field and the burn rate, rather than usingad hocresponse functions which were used in earlier analyses. In this paper, a solid rocket motor with homogeneous propellant grain has been analysed. Modelling the evolution of the unsteady burn rate using a differential equation increases the degrees of freedom of the thermoacoustic system. Hence, a new generalized disturbance energy is defined which measures the growth and decay of the oscillations. This disturbance energy includes both acoustic energy and unsteady energy in the propellant and is used to quantify the transient growth in the system. Nonlinearities in the system are incorporated by including second-order acoustics and a physics-based nonlinear unsteady burn rate model. Nonlinear instabilities are analysed with special attention given to ‘pulsed instability’. Pulsed instability is shown to occur with pressure coupling for burn rate response. Transient growth is shown to play an important role in pulsed instability.

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Суржиков

Krier

2003

High Temperature

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Modeling the combustion response function with surface and gas phase dynamics

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Desenvolvimento De Um Modelo Transiente De Motor Foguete a Propelente Sólido

Desenvolvimento De Um Modelo Transiente De Motor Foguete a Propelente Sólido

Thermoacoustic instability in a solid rocket motor: non-normality and nonlinear instabilities

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