Szilárd hajtóanyagú rakétamotor fejlesztés modern szimulációs és mérési módszerekkel
A BME Suborbitals versenycsapat a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen tevékenykedő űrkutató és űrtechnológiákkal foglalkozó diákszervezet. Fő profilja a rakéta technológiák kutatása, fejlesztése és versenyeztetése. A rakétahajtómű-fejlesztés 2022-ben vette kezdetét, mely fejlesztést nem csak azért indítottuk el, mert technológiailag szükséges a csapatnak, hanem mert egy költséghatékony alternatívát látunk benne. Ezen projekt eredményeképpen képesek leszünk hosszú távon ellátni a versenycsapat szilárd hajtóanyagú motor igényét. A jelenlegi TDK dolgozat fő célja az, hogy a mai világban rendelkezésre álló áramlástani CFD (Computational Fluid Dynamics, numerikus áramlás modellezés) szimulációs szoftverek lehetőségeit kihasználva létrehozzuk a csapat számára az ideális rakéta motort. Munkánk során sikerült nem csak jobb betekintést nyerni a különleges szerkezet viselkedésébe, de lehetőségünk nyílt nagyobb közönség előtt is felvonultatni a rakéta technológia ezen egyedi elemét.
A tervezési folyamat kezdeti szakaszában a motor szükséges impulzusát és befoglaló méreteit kellett meghatároznunk. Ehhez saját fejlesztésű repülési és hajtóanyag-dinamikai szimulációkat alkalmaztunk. A tervezés következő szakaszában elengedhetetlen volt az általunk fejlesztett hajtóanyag és annak égéstermékeinek kémiai tulajdonságainak meghatározása, beleértve az égési sebességet, az adiabatikus láng hőmérsékletet és az adiabatikus kitevőt. Ezek egy részét irodalomkutatás során, másik részét pedig empirikus tapasztalatok és mérések alapján gyűjtöttük össze. Ezen adatok lehetővé tették számunkra, hogy szimuláció segítségével kiszámoljuk az égéskamrában uralkodó nyomást és a fúvóka geometriáját.
Mivel az előzetes tervezések során analitikus módszereket alkalmaztunk jelentős egyszerűsítésekkel és idealizált modellekkel, szükségessé vált a motor CFD szimulációja. A CFD szimuláció lehetőséget biztosított a motor belső dinamikájának pontosabb megértésére, továbbá a fúvókában fellépő áramlástani jelenségeket is pontosabban tudtuk vizsgálni. Ezen ismeretek segítségével lehetőségünk nyílt magasabb hatásfokú motorok tervezésére. A TDK dolgozat ennek a folyamatnak részleteit foglalja össze. Ebben a TDK dolgozatban a motor gyártástechnológiájával és mérési összeállításával csak érintőlegesen foglalkozunk, mert ezek egy másik TDK dolgozat tárgyát képezik.
szerzők
-
Hegedűs András
Energetikai mérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc) -
Tölgyesi Gergely Márk
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Dr. Farkas Balázs
adjunktus, Áramlástan Tanszék -
