Experimental Characterisation of the Spraying, the Ignition and, the Combustion of Bi-Propellants. Application to Space Propulsion With Storable Propellants - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2016

Experimental Characterisation of the Spraying, the Ignition and, the Combustion of Bi-Propellants. Application to Space Propulsion With Storable Propellants

Caractérisation expérimentale de la pulvérisation, de l'allumage et de la combustion de bi-ergols. Application à la propulsion spatiale par ergols stockables

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Clément Indiana
  • Function : Author

Abstract

The physical processes involved in spraying are the first step towards a comprehensive understanding of the behavior of rocket engines using storable propellants. The first part of this work identifies, through visualizations and particle sizing, the important parameters driving the formation of spray by impinging liquid jets. Then, injectors dedicated to spray storable green-propellants are designed. The second part of this thesis aims at studying the combustion of ethanol with hydrogen peroxide, which are regarded as green-storable propellants. But the use of this innovative bi-propellant association required a detailed analysis of their ignition compatibility, as well as their combustion performance within the range of 0,4 – 2,0 in overall equivalence ratio. Specific optical and physical diagnostics helped to achieve these goals. Combustion efficiency reached between 87 and 98 %, pressure fluctuations did not exceed 10 %, but the slight differences obtained allowed to select the best injection configurations promoting efficient combustion and stability.
Les processus physiques qui régissent la pulvérisation de sprays constituent la première étape vers une compréhension globale du comportement de moteurs fusées à ergols stockables. La première partie de ces travaux détermine, au moyen de visualisations et d’analyses granulométriques, les paramètres importants contrôlant la formation de sprays par impact de jets liquides. Des injecteurs dédiés à pulvériser des ergols stockables sont ensuite conçus. L’enjeu de la seconde partie des travaux est d’étudier la combustion de l’éthanol avec le peroxyde d’hydrogène, ergols stockables considérés moins nocifs. L’utilisation de cette association bi-ergols innovante a nécessité d’analyser en détail leur compatibilité à l’allumage, ainsi que leurs performances en combustion sur la gamme de richesses 0,4 – 2,0, à l’aide de diagnostics optiques et physiques spécifiques. Les efficacités de combustion atteignent entre 87 et 98 %, les fluctuations de pression ne dépassent pas 10 %, mais les légères différences obtenues permettent de sélectionner les meilleures configurations d’injection favorisant la combustion ou sa stabilité.
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tel-03476817 , version 1 (13-12-2021)

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  • HAL Id : tel-03476817 , version 1

Cite

Clément Indiana. Caractérisation expérimentale de la pulvérisation, de l'allumage et de la combustion de bi-ergols. Application à la propulsion spatiale par ergols stockables. Autre. ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique - Poitiers, 2016. Français. ⟨NNT : 2016ESMA0025⟩. ⟨tel-03476817⟩
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