Detonative propulsion : calibration of the injection system of a rotating detonation wave engine

The use of detonation for propulsive applications has in recent years received renewed interest due to the increasing constraints in the development of rocket technology and the demand for reduction of costs. Propulsive solutions exploiting detonation waves are expected to be more compact and efficient in relation to current systems. This work is part of the EQUIPEX GAP project of Institut Pprime (France), devoted to the development of a Rotating Detonation Wave Engine (RDWE). An extensive literature review on the ongoing research involving rotating detonation is reported. An analysis of the influence of the geometric parameters of RDWE engine and the physico-chemical properties of injected mixtures is provided. The purpose of this research was the calibration of the injection system of a RDWE engine. Tests were performed with air in lieu thereof ethylene (fuel) and oxygen (oxidizer), stored in tanks at high pressures and then injected through the feed system inside the chamber. Each tank is provided with pressure regulator. Pressure transducers were positioned before the entrance of the engine and along the annular chamber. Mean mass flow rates were calculated statically trough the variation of tank mass across each test. A dependence of mean mass flow rates from tank pressures was identified. Also, a correlation between the mean injection pressures, outlet pressures and tank pressure was found. When possible, equivalence ratios of injected mixtures were calculated. The calibration showed that an enhancement of the previous version of the RDWE was reached from the point of view of the specific mass flow rates.

L'uso di onde di detonazione per applicazioni propulsive ha riscosso negli ultimi anni notevole interesse, a causa dei vincoli sempre più stringenti nello sviluppo di motori a razzo e della domanda di riduzione dei costi. Soluzioni propulsive basate sulle detonazioni porterebbero a sistemi più compatti e efficienti rispetto a quelli attuali. Questo lavoro è inserito nel progetto EQUIPEX GAP dell'Institut Pprime (Francia), che mira allo sviluppo di un Motore a Detonazione Rotativa (in inglese, RDWE). Si è riportato un esteso studio bibliografico sul tema della detonazione rotativa. Si è fornita inoltre un'analisi dell'influenza sul funzionamento del motore RDWE dei parametri geometrici della camera di combustione e delle proprietà fisico-chimiche delle miscele iniettate. L'obiettivo di questo lavoro è la calibrazione del sistema di iniezione di un motore RDWE. Gli esperimenti sono stati eseguiti mediante aria al posto di etilene (carburante) e ossigeno (ossidante), immagazzinata in serbatoi ad alta pressione e infine portata nella camera tramite il sistema di iniezione. Ciascun serbatoio è stato provvisto di un regolatore di pressione. I trasduttori di pressione sono stati posizionati a monte del motore e lungo l'asse della camera anulare. Le portate massiche medie sono state valutate staticamente mediante la variazione di massa tra inizio e fine prova. Si è trovata una dipendenza delle portate massiche medie dalle pressioni dei serbatoi. Inoltre, si è individuata una correlazione tra le pressioni medie di iniezione, le pressioni all'uscita dei regolatori di pressione e le pressioni dei serbatoi. Laddove possibile, si è calcolata la ricchezza delle miscele iniettate. La calibrazione ha mostrato un potenziamento in termini di portate massiche specifiche rispetto ad una versione di RDWE sviluppata in precedenza.