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Flow characteristics of monopropellant micro-scale planar nozzles

Banuti, Daniel und Grabe, Martin und Hannemann, Klaus (2019) Flow characteristics of monopropellant micro-scale planar nozzles. Aerospace Science and Technology, 86, Seiten 341-350. Elsevier. doi: 10.1016/j.ast.2018.11.057. ISSN 1270-9638.

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Offizielle URL: https://doi.org/10.1016/j.ast.2018.11.057

Kurzfassung

We investigate the flow in planar microscale nozzles and find that design and analysis paradigms based on the assumption of a dominant isentropic core with moderate viscosity corrections are not valid. Instead, the flow downstream of the throat is dominated by boundary layers that may choke the flow to subsonic velocities. The geometrical expansion ratio is found to be essentially irrelevant, instead, the length from throat to exit plane is found to be a much more important design parameter. Full 3D simulations are required to predict the flow topology; thermophysical modeling of the expanding gas has a noticeable impact on predicted performance. An analytical estimation of the Knudsen number in the expanding flow is given, allowing to determine its values from the expansion pressure ratio. An axial thrust analysis suggest truncation of the nozzle, resulting in a predicted 20% increase in thrust and 30% increase in specific impulse compared to the baseline configuration. The work has been carried out within the European Commission co-funded PRECISE project which was focused on designing and testing a micro chemical propulsion system thruster prototype using catalytically decomposed hydrazine as propellant.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/123604/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:Accepted 4 November 2018, Available online 3 January 2019
Titel:Flow characteristics of monopropellant micro-scale planar nozzles
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Banuti, DanielAS-GO-RFZhttps://orcid.org/0000-0002-5469-5704NICHT SPEZIFIZIERT
Grabe, Martinmartin.grabe (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0361-2734NICHT SPEZIFIZIERT
Hannemann, Klausklaus.hannemann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:3 Januar 2019
Erschienen in:Aerospace Science and Technology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:86
DOI:10.1016/j.ast.2018.11.057
Seitenbereich:Seiten 341-350
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTElsevier B.V.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
Name der Reihe:Elsevier B.V.
ISSN:1270-9638
Status:veröffentlicht
Stichwörter:MEMS, Rocket engine, Hydrazine, Cube sat, Satellite, Propulsion
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Raumtransport
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RP - Raumtransport
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Wiederverwendbare Raumfahrtsysteme (alt)
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Raumfahrzeuge, GO
Hinterlegt von: Grabe, Dr. Martin
Hinterlegt am:22 Feb 2019 02:19
Letzte Änderung:30 Jan 2024 11:55

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