Studerendes forskerhold udvikler hybrid raketmotor

I et år defineret af forhindringer, et rakethold fra University of Illinois i Urbana-Champaign holdt ud. At arbejde sammen på tværs af fem tidszoner, de har med succes designet en hybrid raketmotor, der bruger paraffin og en ny lattergas-oxygenblanding kaldet Nytrox. Holdet er indstillet på at affyre en raket med den nye motor ved Intercollegiate Rocketry and Engineering Competition i 2021.

"Hybrid fremdrift driver Virgin Galactics suborbitale turistrumfartøj, og udviklingen af ​​den motor har været udfordrende. Vores elever oplever nu disse udfordringer på første hånd og lærer, hvordan de kan overvinde dem, " sagde fakultetsrådgiver for teamet Michael Lembeck.

Sidste år oplevede holdet en række katastrofale fejl med hybridmotorer, der brugte dinitrogenoxid. Drivmidlet blev ofte overophedet i New Mexico-ørkenen, hvor IREC-konkurrencen afholdes. Lembeck sagde, at dette motiverede holdet til at finde et alternativt brændstof, der kunne forblive stabilt ved temperatur. Nytrox dukkede op som løsningen på problemet.

Da holdet begyndte at arbejde på motoren det sidste forårssemester, spændingen over at udføre hydrostatiske test af jordens oxidationsmiddeltankskib blev hurtigt til frustration, da holdet manglede en sikker testplacering.

Teamleder Vignesh Sella sagde, "Vi planlagde at udføre testen på U af I's Willard lufthavns pensionerede jetmotortestfacilitet. Men Department of Aerospace Engineering standsede alle test, indtil sikkerhedskravene kunne opfyldes."

Sella sagde, at de var modløse i starten, men samledes ved at oprette et sikkerhedsgennemgangsmøde sammen med en anden studenterraketgruppe for at undersøge deres muligheder.

"Som et resultat af det møde, vi kom med en plan for at komme videre med projektet. Hybridteamet evaluerede nøje vores sikkerhedsprocedurer, og fik vores arbejde gennemgået af Dr. Dassou Nagassou, lederen af ​​Aerodynamik Research Lab. Han blev en stor ressource for os, og en meget hjælpsom mentor."

Sella og Andrew Larkey henvendte sig også til Purdue University for at trække på deres omfattende erfaring inden for raketfremdrift. De forbandt sig med Chris Nielson, som er kandidatstuderende og laboratoriechef hos Purdue. De lavede foreløbige telefoniske designgennemgange og blev til sidst inviteret til at udføre deres hydrostatiske og kolde flow test på Purdue's Zucrow Laboratories, et anlæg dedikeret til at teste raketfremdrift med flere eksperter på området på stedet.

"Vi sendte et par af medlemmerne derhen for at spejde efter stedet og tage noter, før vi tog hele holdet dertil til en test, " sagde Sella. "Disse møder, relationer, og fremskridt, selvom de kan lyde glatte og nemme at etablere, var besværlige og svære at nå. Det var en stor lettelse for os at få støtte fra afdelingen, en trykbeholderekspert som vores mentor, og Zucrow Laboratories tilgængelige for vores team."

Det udvidede abstrakt, som holdet havde forelagt meget tidligere til AIAA Propulsion and Energy-konferencen, antog, at motoren ville være blevet samlet og testet, før dokumentationsprocessen begyndte. Teamleder Vignesh Sella sagde, at de ønskede at dokumentere hårde testdata, men var nødt til at skifte taktik i marts. Campusflytningen til undervisning kun online begrænsede også alle personlige aktiviteter, herunder dem fra registrerede studenterorganisationer som ISS.

"Da forstyrrelserne forårsaget af COVID-19 krævede, at vi arbejdede eksternt, vi drejede papiret ved at fokusere på at dokumentere de designprocesser og beslutninger, vi traf for motoren. Dette gjorde det muligt for os at arbejde eksternt og færdiggøre et papir, der ikke var for langt fra det originale abstrakt. Vores medlemmer, hvoraf nogle er internationale, mødtes på Zoom og Discord for at arbejde på papiret virtuelt sammen, over fem tidszoner, " sagde Sella.

Sella sagde, at han og hele holdet er stolte af, hvad de har opnået og "vender tilbage til efteråret med hævn."

Illinois Space Society er en teknisk, professionel, og pædagogisk opsøgende studenterorganisation ved U i I i Institut for Luftfartsteknik. Foreningen består af 150 aktive medlemmer. Hybridraketmotorteamet bestod af 20 medlemmer og er et af de fem tekniske projekter inden for ISS. Projektet startede i 2013 med det mål at konstruere en underskala hybrid raketmotor inden overgangen til en fuldskalamotor. Den underskala hybridraketmotor blev konstrueret med succes og varmefyret i sommeren 2018, giver de positive testresultater, der er nødvendige for at gå videre til at designe og fremstille en fuldskalamotor.

"Efter at motoren har afsluttet sin test, den næste opgave vil være at integrere motoren i raketfartøjet, " sagde Sella "Dette vil kræve montering af nøgleflyvehardwarekomponenter inden for de geometriske begrænsninger af et raketkarosseri og strukturelt fastgørelse af motoren til køretøjet."

I juni 2021, raketten vil blive transporteret til Spaceport America i Truth or Consequences for dens første opsendelse.

Papiret, "Udvikling af en Nytrox-paraffin hybrid raketmotor, " blev offentliggjort i 2020 AIAA Propulsion &Energy Forum .