SEMINARIUM INSTYTUTOWE

Podobne dokumenty
Politechnika Warszawska Instytut Techniki Cieplnej, MEiL, ZSL

Badania eksperymentalne wirującej detonacji w mieszaninie ciekłego paliwa z powietrzem

prędkości przy przepływie przez kanał

ZAKŁAD TECHNOLOGII KOSMICZNYCH

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Siatka spiętrzająca opis czujnika do pomiaru natężenia przepływu gazów. 1. Zasada działania. 2. Budowa siatki spiętrzającej.

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (rzeczywistego) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH. Opracował. Dr inż. Robert Jakubowski

Kotły Nike / Eolo Star 24 3 E są przystosowane do pracy z następującymi rodzajami gazów: E (GZ-50), Lw(GZ- 41,5), Ls(GZ-35) i propan techniczny P.

Wojskowa Akademia Techniczna Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu

AUTOMATYKA I STEROWANIE W CHŁODNICTWIE, KLIMATYZACJI I OGRZEWNICTWIE L1 BUDOWA TERMOSTATU ELEKTRONICZNEGO

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (SILNIK IDEALNY) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

INSTRUKCJA Regulacja PID, badanie stabilności układów automatyki

Wszystkie rozwiązanie techniczne jakie znalazły zastosowanie w Avio kw zostały wykorzystane również w tej grupie urządzeń.

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

ZAKŁAD NAPĘDÓW LOTNICZYCH

Urządzenie i sposób pomiaru skuteczności filtracji powietrza.

APARATURA POMIAROWA DO BADANIA SZCZELNOŚCI WYROBÓW

Pomiary ciepła spalania i wartości opałowej paliw gazowych

Kotły Nike / Eolo Star 24 3 E są przystosowane do pracy z następującymi rodzajami gazów: E (GZ-50), Lw(GZ- 41,5), Ls(GZ-35) i propan techniczny P.

MINI NIKE 24 3 E JAKOŚĆ CIEPŁA

COMO ARIA POMPA CIEPŁA DO CIEPŁEJ WODY UŻYTKOWEJ I WSPÓŁPRACY Z ZEWNĘTRZNYM ZASOBNIKIEM C.W.U. COMO ARIA. Pompy ciepła do przygotowania c.w.u.

KATALOG. AUTORYZOWANY PRZEDSTAWICIEL I DYSTRYBUTOR W POLSCE ZAWORY REGULACYJNE DO GAZU I POWIETRZA

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Zawory pilotowe Danfoss

Automatyka i sterowania

Polskie Normy opracowane przez Komitet Techniczny nr 277 ds. Gazownictwa

Redukcja tlenków azotu metodą SNCR ze spalin małych i średnich kotłów energetycznych wstępne doświadczenia realizacyjne

Technika Samochodowa

Załącznik nr. 1 do Zapytania Ofertowego - Szczegółowy Opis Przedmiotu Zamówienia

Visions become real. Kontrola temperatury i chłodzenia. Innowacyjne i niezawodne rozwiązanie

SPIS TREŚCI Obliczenia zwężek znormalizowanych Pomiary w warunkach wykraczających poza warunki stosowania znormalizowanych

FMDRU. Przepustnica z miernikiem przepływu. Wymiary. Opis. Przykładowe zamówienie. Ød i. Ød 1

Elastyczny termometr wielopunktowy, Flex-R Model TC96-R

NR KAT. PRODUKT MOC [kw] OPIS CENA [NETTO PLN] 0RGZ3AXA TP3 COND 65 18,0-65,0

ANALIZA OBIEGU TERMODYNAMICZNEGO SILNIKA ODRZUTOWEGO

Spis treści Zespół autorski Część I Wprowadzenie 1. Podstawowe problemy transportu miejskiego.transport zrównoważony

Opracowanie koncepcji budowy stanowiska do testowania wtryskiwaczy benzyny do silników o wtrysku pośrednim

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych. Sterowanie odbiornikiem hydraulicznym z rozdzielaczem typu Load-sensing

Stałe urządzenia gaśnicze na gazy

ZEFIRO ECO [7,1-18,9 kw] SKY ECO F [7,6-19,5 kw] ROZDZIAŁ 12 GAZOWE, PRZEPŁYWOWE PODGRZEWACZE WODY

VICTRIX ZEUS SUPERIOR 26 kw

AUTOMATYKA I STEROWANIE W CHŁODNICTWIE, KLIMATYZACJI I OGRZEWNICTWIE L2 STEROWANIE INWERTEROWYM URZĄDZENIEM CHŁODNICZYM W TRYBIE P

PL B1. GULAK JAN, Kielce, PL BUP 13/07. JAN GULAK, Kielce, PL WUP 12/10. rzecz. pat. Fietko-Basa Sylwia

Elementy kotłowni 0521PL Grudzień 2016

Instytut Nawozów Sztucznych Puławy. Tytuł opracowania: Wymiana armatury regulacyjnej, odcinającej i zabezpieczającej

POLITECHNIKA RZESZOWSKA PLAN STUDIÓW

ZESPÓŁ CHŁODZĄCY TYPU LOC Z SILNIKIEM PRĄDU ZMIENNEGO

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

Zespól B-D Elektrotechniki

LABORATORIUM TERMODYNAMIKI I TECHNIKI CIEPLNEJ. Badanie charakterystyki wentylatorów połączenie równoległe i szeregowe. dr inż.

Wpływ składu mieszanki gazu syntetycznego zasilającego silnik o zapłonie iskrowym na toksyczność spalin

Wpływ rodzaju paliwa gazowego oraz warunków w procesu spalania na parametry pracy silnika spalinowego mchp

Cieplne Maszyny Przepływowe. Temat 1 Wstęp. Część I Podstawy teorii Cieplnych Maszyn Przepływowych.

(62) Numer zgłoszenia, z którego nastąpiło wydzielenie:

ELOKON Polska Sp. z o.o. Bezpieczeństwo pracy przemysłowych urządzeń do procesów cieplnych

VICTRIX SUPERIOR TOP 32 X

n) OPIS OCHRONNY PL 59587

Sonda pomiarowa Model A2G-FM

Wymagania edukacyjne Technologia napraw zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych

01F 02F 03F 04F. bezpośredniego działania bezpośredniego działania membranowy membranowy pośredniego działania DN 1,5 4 mm 1/8 1/4

SPRĘŻ WENTYLATORA stosunek ciśnienia statycznego bezwzględnego w płaszczyźnie

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI ZESPOŁÓW NAPĘDOWYCH RAKIET OSA

Bezpieczeństwo użytkowania samochodów zasilanych wodorem

SILNIK TURBINOWY ANALIZA TERMO-GAZODYNAMICZNA OBIEGU SILNIKA IDEALNEGO

Wprowadzenie. - Napęd pneumatyczny. - Sterowanie pneumatyczne

/ 2 ASCO PRZEWODNIK. Właściwy dobór zaworów proporcjonalnych

Palniki gazowe Palniki 2-paliwowe. Palniki gazowe. Seria RG GG MG. Palniki 2-paliwowe. Seria MK

Mgr inŝ. Wojciech Kamela Mgr inŝ. Marcin Wojs

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

Aparatura pomiarowa do badań środowiska pracy

01F 02F 03F 04F. DN mm 1/ bar 40 bar 25 bar 25 bar. DN mm 1/4 1

Zawory za- i odpowietrzające 1.12 i 1.32

Sterowanie pracą reaktora chemicznego

COMPASS LIMITED Rok produkcji 2011 Typ silnika V -4X2 Ilość i układ cylindrów Pojemność skokowa 1998 cm 3

DEKLARACJA ZGODNOŚCI UE

Dobrano drugi kocioł gazowy firmy: Hoval. Model: 300 Moc nominalna: 272,0 kw Pojemność wodna: 420,0 dm 3 Średnica króćców:

Perfekcyjne Instalacje Gazowe

zawór kulowy 3-drogowy z napędem elektrycznym 1/4" do 2" Seria 8E026 (otwór L) i 8E027 (otwór T)

Poradnik instalatora VITOPEND 100-W

Pomiar zadymienia spalin

ZEFIRO C LCD [7,1-23,8 kw] SKY F LCD [7,1-19,2 kw] ROZDZIAŁ 12 GAZOWE, PRZEPŁYWOWE PODGRZEWACZE WODY

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Obliczenia osiągów dyszy aerospike przy użyciu pakietu FLUENT Michał Folusiaak

Projekt stanowiska badawczego do oceny elementów w wykonawczych aktoryki samochodowej

Systemy filtracji oparte o zawory Bermad

Palniki Olejowe Palniki Olejowe

Instrukcja do ćwiczenia 6 REGULACJA TRÓJPOŁOŻENIOWA

ZEFIRO C LCD [7,1-23,8 kw] SKY F LCD [7,1-19,2 kw] ROZDZIAŁ 12 GAZOWE, PRZEPŁYWOWE PODGRZEWACZE WODY

zawór 3/2-drogowy sterowanie pneumatyczne Seria SE10, SE11, SE12, SE13, SE20

Zestawy pompowe PRZEZNACZENIE ZASTOSOWANIE OBSZAR UŻYTKOWANIA KONCEPCJA BUDOWY ZALETY

Moc Agregatu SERWIS PRP STANDBY. AGREGATY PROFESJONALNE Wersja otwarta Powered by HIMOINSA

BADANIE SPRĘŻARKI TŁOKOWEJ.

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

Zawory podstawowe VZWE, uruchamiane cewką

Poradnik instalatora VITOPEND 100-W

Uniwersalny Komputer Pokładowy (UKP-3 oraz UKP-PRO)

2.2 Opis części programowej

Laboratorium z Konwersji Energii SILNIK SPALINOWY

SKY F LCD GAZOWY PRZEPŁYWOWY PODGRZEWACZ C.W.U. Z ZAMKNIĘTĄ KOMORĄ SPALANIA I WYŚWIETLACZEM LCD SKY F LCD. Gazowe, przepływowe podgrzewacze wody

Transkrypt:

Politechnika Warszawska Instytut Techniki Cieplnej, MEiL, Zakład Silników Lotniczych SEMINARIUM INSTYTUTOWE Badania eksperymentalne mikronapędów rakietowych w zastosowaniach satelitarnych Dr inż. Jan Kindracki Warszawa, 19 styczeń 2016

ZESPÓŁ BADAWCZY Prof. dr hab. inż. Piotr Wolański Dr inż. Jan Kindracki Dr inż. Łukasz Mężyk Mgr inż. Łukasz Boruc Mgr inż. Przemysław Paszkiewicz Studenci wykonujący prace badawcze (przejściowe, inżynierskie, magisterskie, eksperymentalne, numeryczne bądź projektowe) w ramach przedstawianych prac: Karolina Tur, Dorota Ziezula, Szczepańska Sylwia, Roszkiewicz Kamila, Riabtsun Artur, Arkadiusz Górak, Katarzyna Ciechowska, Paweł Nowakowski, Marcin Teofilowicz

Wprowadzenie do tematyki Silnik rakietowy jest to rodzaj silnika odrzutowego wykorzystujacy substancję roboczą znajdującą się na pokładzie napędanego pojazu (w zbiornikach). Substancją roboczą mogą być spaliny pochodzące ze spalania paliwa silniki cieplne, gaz ogrzewany / przyśpieszany z wykorzystaniem energii elektrycznej rakietowe silniki elektryczne lub rozprężany gaz z wykorzystaniem energii potencjalnej sprężonego gazu silniki typu coldgas. Przytoczony opis substancji nie wyczerpuje definicji dla wszystkich silników rakietowych!! Silnik rakietowy wg słownika Collinsa: a reaction engine in which a fuel and oxidizer are burnt in a combustion chamber, the products of combustion expanding through a nozzle and producing thrust Źródło obrazka: http://defensetech.org/2014/09/04/updated-f-1-may-replace-rd-180-rocket-engine/ Źródło: Airbus Defence and Space: http://www.space-propulsion.com/brochures/hydrazine-thrusters/hydrazinethrusters.pdf

Silniki rakietowe (rodzaj materiału pędnego) Gdzie szukać naszych napędów? Na stały materiał pędny Na ciekły materiał pędny Silniki gazowe Silniki hybrydowe.. Jednoskładnikowe Wieloskładnikowe Coldgas. Silniki rakietowe (Podział ze względu na źródło energii) Energia chemiczna paliwa Energia elektryczna Energia potencjalna ciśnienia Ciekły materiał Resistojet Coldgas

Badania eksperymentalne silnika wykorzystującego katalityczny rozkład stężonego nadtlenku wodoru (+98%H 2 O 2 )

Stanowisko badawcze do badania komory katalitycznej Zawór kulowy Upust H 2 O 2 Reduktor ciśnienia H 2 O 2 - napełnianie Zawór bezpieczeństwa Czujnik ciśnienia statycznego Termopara Schemat stanowiska badawczego Zawór elektromagnetyczny Czujnik różnicowy ciśnienia konstrukcja komory katalitycznej pozwalać będzie na zmianę średnicy oraz jej długości; pomiar przepływu na wykalibrowanej zwężce pomiarowej własnej konstrukcji; zainstalowana grzałka pozwoli na wstępne podgrzanie komory co zmniejszyć powinno problem tzw. zimnego startu ; wtryskiwacz zapewni odpowiednią dawkę nadtlenku wodoru do komory (problem z zakupem odpowiednio małego i szybkiego wtryskiwacza, inna droga to wykonanie własnego projektu) eksperymenty należy planować rozważnie ze względu na cenę nadtlenku wodoru Zawór trójdrożny Zawór zwrotny Zwężka Venturiego Model komory katalitycznej

Metodologia badań I etap skalowanie zwężki Przeprowadzono 306 prób polegających na przepuszczaniu wody i nadtlenku przez instalację oraz precyzyjnym pomiarze masy czynnika; Efektem testów jest wyznaczenie współczynników skalujących zależności teoretyczne wydatku masowego medium; II etap gorące testy III etap pomiary ciągu podczas gorących testów Pomiarowa zwężka Venturego Różnicowy czujnik cisnienia

Modyfikacje stanowiska Zastosowanie trzech dodatkowych termopar za komorą katalityczną Port ciśnieniowy umożliwiający pomiar ciśnienia za wtryskiwaczem kawitacyjnym ciśnienie przed wtryskiwaczem ciśnienie za wtryskiwaczem (przed komorą)

Badania gorące testy II etap gorące testy Przeprowadzono blisko 150 prób; Rozłożono 2dm 3 ( 2,9kg) 98% HTP; badania nad wpływem temperatury początkowej łoża na wartości parametrów charakteryzujących silnik; wartości badanych temperatur: pokojowa ok. 20, 50, 100, 150, 200, 250, 300 C; dla każdej wartości temperatury przynajmniej 5 prób; sekwencja czasowa pojedynczej próby: 15min wygrzewania w temperaturze docelowej próba 15min chłodzenia w strumieniu sprężonego powietrza; Aktualnie posiadamy 4 łoża o różnych wymiarach. Łoże katalityczne Opaskowa grzałka o mocy 200W Kryza oraz dysza silnika o ciągu 5N

Próba łoża dla projektowanego ciągu 5N: Średnica łoża: 15mm Długość łoża: 25mm Temperatura początkowa: 20 C Ciśnienie w komorze 4.5bar Czas trwania próby: 10s Monopropelant H 2 O 2 przykładowe wyniki T teoria =888K Isp sl =1077m/s Próba łoża dla projektowanego ciągu 5N: Średnica łoża: 15mm Długość łoża: 25mm Temperatura początkowa: 250 C Ciśnienie w komorze 4.5 bar Czas trwania próby: 10s Źródło: H2O2_decomp_15x25_5N_2015_12_03_Z20 Źródło: H2O2_decomp_15x25_5N_2015_12_04_Z36

Monopropelant H 2 O 2 dobry kontra nieudany eksperyment Poprawny (pełny rozkład) Nieudany (łoże katalityczne nie pracuje poprawnie nie do końca rozkładając nadtlenek wodoru

Pomiar ciągu dwie metody 1. Klasyczna z użyciem czujnika siły (silnik jest mechanicznie zamocowany do elementu, który przekazuje siłę do czujnika) problemy: należy wyeliminować wszystkie zakłócające siły mogące wpłynąć na pomiar. 2. Z użyciem baffle plate z użyciem płytki, która zbiera oddziaływanie gazów wylotowych silnika na nią a ta z kolei przekazuje siłę na czujnik Schemat odpowiedniego doboru wielkości płytki pomiarowej: a) rozmiar nieodpowiedni - nie cały pęd strug przekazany płytce; b) b) rozmiar odpowiedni - całkowity pęd strug przekazany płytce i czujnikowi

Badania eksperymentalne silnika typu monopropelant w zastosowaniu do pozycjonowania platformy robota kosmicznego napędy typu coldgas napęd typu resistojet

Coldgas zasilany gazowym azotem - założenia Wielkość silnika typu coldgas o założonym ciągu można określić analizując możliwości napędowe gazu roboczego Parametry silnika: ciśnienie w komorze 10bar; ciąg silnika 1N; przepływ masowy 1.85g/s impuls właściwy 541.7m/s; średnica krytyczna 1mm; średnica wylotowa dyszy 1.82mm długość dyszy 1.52mm Przyłącze Zawór sterujący Dysza Schemat układu pomiarowego Elementy systemu pomiarowego: pomiar ciśnienia w butli (Keller PAA 23 0 20bar); pomiar ciśnienia w komorze silnika (Keller PAA 23, 0 20bar); pomiar różnicy ciśnień na zwężce (Keller PD23, 0 200mbar); czujnik siły (Kistler 9205, 0 5N); karta pomiarowa NI USB 5263, 16kanałów AI, 1MHz/ch; sterowanie procesem - kartą NI

Coldgas przykładowy przebieg eksperymentu Wykres danych surowych Wartości średnie parametrów silnika: ciąg 0.77N; impuls właściwy 481.2m/s (88.8%teoretycznego) wydatek masowy 1.63g/s ciśnienie w komorze 10.113bar (101% zakładanego) zakładany czas pracy w tym eksperymencie 1s Wykres danych zanalizowanych

Coldgas dynamika silnika Dynamiczne parametry silnika określane na podstawie badań: czas opóźnienia otwarcia (t delay ) czas otwarcia (t open90 ) czas opóźnienia zamknięcia (t c-delay ) czas zamknięcia zaworu (t close ) maksymalna częstotliwość działania w trybie PWM minimalna szerokość sygnału dla trybu PWM Pierwsze wyniki eksperymentów pokazują wartości: t delay =14.05ms t open90 = 3.15ms t close =10.37ms Minimalna szerokość impulsu >13.52ms (rzeczywista ok. 20ms)

Coldgas tryb PWM (Pulse-Width Modulation) Częstotliwość pracy 10Hz, szerokość impulsu 50ms Uśrednione wartości zmierzone (dla 1s działania silnika): Wydatek 0.98g/s Ciąg 0.46N Ciśnienie w komorze 6.03bar

Coldgas zastosowanie projektowanych silników projekt RR Space budowa modelu robota kosmicznego Moduł silnikowy (2 x coldgas / resistojet) Platforma robota Y X

Resistojet pierwsza przymiarka Docelowym napędem do platformy robotycznej będzie napęd typu resistojet Przykładowe wykonanie - jeszcze nie nasze!! Zasada pracy (przepływ przez dyszę + ogrzewanie w komorze grzałką elektryczną skąd energia?)

PODSUMOWANIE I WNIOSKI Przedstawiono wyniki prac nad dwoma różnymi mikro napędami do zastosowań kosmicznych; Praca nad katalitycznym rozkładem nadtlenku wodoru (znanym już od wielu lat a dziś traktowanym jako tzw. green propellant ) w zastosowaniu do napędów to głównie opracowanie katalizatora i kompaktowego łoża katalitycznego oraz określenie ciągu w funkcji czasu oraz dynamicznych parametrów silnika; Silnik typu coldgas prosty w konstrukcji, skuteczny w działaniu, optymalizacja dynamiki pracy silnika i minimalizacja masy; Przedstawiono wykorzystanie sterowania PWM (Pulse-Width Modulation) jako możliwości sterowania wielkością ciągu silnika; Praca w konsorcjach nad dużymi projektami, to szansa na konfrontację wiedzy z diametralnie różnych dziedzin i użycie jej w sposób bardziej praktyczny, jednocześnie wymusza pokazanie jej w sposób prosty i zrozumiały.

PODZIĘKOWANIA Niniejsza praca jest finansowana przez NCBiR w ramach projektów PBS w konkursie nr 2 i nr 3: System nawigacji wzajemnej satelitów na potrzeby ich serwisowania na orbicie oraz lotu w formacji Opracowanie i walidacja modelu laboratoryjnego robota kosmicznego zawierającego układ silników resistojet