Mediciones Ópticas In-Situ de Plumas de Combustión de Propelentes Sólidos e Híbridos
Autores: Whitmore, Stephen A.; Frischkorn, Cara I.; Petersen, Spencer J.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Mediciones Ópticas In-Situ de Plumas de Combustión de Propelentes Sólidos e Híbridos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Propelente sólido
Propelente híbrido
Mediciones ópticas
Temperatura de la llama
Penacho de combustión
Sensores de fibra óptica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 19
Citaciones: Sin citaciones
Se ha desarrollado un método para mediciones ópticas in-situ de los chorros de cohetes de propelente sólido e híbrido, y se presentan los resultados de las pruebas de prueba de concepto. El método desarrollado inserta cables de fibra óptica que actúan como conductos de radiación en el puerto de combustión del combustible sólido, permitiendo que las señales ópticas se transmitan desde la zona de la llama a espectrómetros montados externamente. Se realizaron múltiples pruebas de encendido utilizando un sistema de cohete híbrido alimentado con oxígeno gaseoso y termoplástico a escala de laboratorio para validar el método de detección. Las duraciones de combustión variaron de 5 a 25 s, y los sensores de fibra óptica insertados sobrevivieron a todas las pruebas de encendido. Los espectros ópticos obtenidos se ajustaron a la ley de radiación del cuerpo negro de Planck, y se utilizó la ley de desplazamiento de Wien para estimar la temperatura interna de la llama. Las temperaturas de la llama detectadas ópticamente se correlacionan con predicciones analíticas y se demostró que generalmente coinciden dentro de unos pocos grados. Además, se muestra que los máximos locales en los espectros ópticos corresponden a frecuencias de emisión de hidrógeno atómico y molecular, vapor de agua y nitrógeno molecular; todas las especies conocidas que existen en el chorro de combustión híbrido. Basado en estos resultados preliminares de las pruebas, se concluye que este simple sistema de medición in-situ opera como se diseñó y muestra un considerable potencial para futuras aplicaciones en una amplia gama de sistemas generadores de gas.
Descripción
Se ha desarrollado un método para mediciones ópticas in-situ de los chorros de cohetes de propelente sólido e híbrido, y se presentan los resultados de las pruebas de prueba de concepto. El método desarrollado inserta cables de fibra óptica que actúan como conductos de radiación en el puerto de combustión del combustible sólido, permitiendo que las señales ópticas se transmitan desde la zona de la llama a espectrómetros montados externamente. Se realizaron múltiples pruebas de encendido utilizando un sistema de cohete híbrido alimentado con oxígeno gaseoso y termoplástico a escala de laboratorio para validar el método de detección. Las duraciones de combustión variaron de 5 a 25 s, y los sensores de fibra óptica insertados sobrevivieron a todas las pruebas de encendido. Los espectros ópticos obtenidos se ajustaron a la ley de radiación del cuerpo negro de Planck, y se utilizó la ley de desplazamiento de Wien para estimar la temperatura interna de la llama. Las temperaturas de la llama detectadas ópticamente se correlacionan con predicciones analíticas y se demostró que generalmente coinciden dentro de unos pocos grados. Además, se muestra que los máximos locales en los espectros ópticos corresponden a frecuencias de emisión de hidrógeno atómico y molecular, vapor de agua y nitrógeno molecular; todas las especies conocidas que existen en el chorro de combustión híbrido. Basado en estos resultados preliminares de las pruebas, se concluye que este simple sistema de medición in-situ opera como se diseñó y muestra un considerable potencial para futuras aplicaciones en una amplia gama de sistemas generadores de gas.