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Hybrid Rocket Engine Burnback Simulations Using Implicit Geometry Descriptions

Zeriadtke, Jan Erik und Martin, Joel und Wartemann, Viola (2024) Hybrid Rocket Engine Burnback Simulations Using Implicit Geometry Descriptions. Aerospace, 11 (2). Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/aerospace11020103. ISSN 2226-4310.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
14MB

Offizielle URL: https://www.mdpi.com/2226-4310/11/2/103

Kurzfassung

The performance of hybrid rocket engines is significantly influenced by the fuel geometry. Burnback simulations, to determine the fuel surface and fluid volume, are therefore an important tool for preliminary design. This work presents a method for the simulation of spatially constant burn-ups on arbitrary geometries. An implicit surface definition by means of a signed distance function is used to represent the fluid volume and the fuel block on tetrahedral meshes. Two methods each are used to determine the fluid volume and the burning surface. The first method is based on a direct integration of the signed distance function with the Heaviside function or the Dirac delta distribution, respectively. The second method linearly interpolates the position of an isosurface and thus reconstructs the fuel surface. Both methods are compared and validated with analytical results of four example geometries. Both calculations of the fluid volume and the calculation of the surface content with the interpolation method are characterized as first-order methods. With practicable mesh resolutions of one million computational cells, errors below two percent can be achieved. With the interpolation method, numerical meshes can also be exported for any time points of the burn. Finally, the application of the program to the fuel geometry of the Viserion hybrid rocket engine is demonstrated.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/203214/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Hybrid Rocket Engine Burnback Simulations Using Implicit Geometry Descriptions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Zeriadtke, Jan Erikjan.zeriadtke (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0007-3254-8635155405344
Martin, JoelJoel.Martin (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wartemann, ViolaViola.Wartemann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:23 Januar 2024
Erschienen in:Aerospace
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:11
DOI:10.3390/aerospace11020103
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2226-4310
Status:veröffentlicht
Stichwörter:hybrid rocket engine; burnback simulation; implicit geometry description; signed distance function; fuel grain; numerical mesh; marching tetrahedron
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 und Antriebstechnologie
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Raumfahrzeuge, BS
Hinterlegt von: Zeriadtke, Jan Erik
Hinterlegt am:14 Mär 2024 11:40
Letzte Änderung:14 Mär 2024 11:40

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