Experimental investigation of the effect of the combustion pressure in a ducted rocket combustor

Scope of this thesis is to present the experimental results of the tests conducted at the Technion Israel institute of Technology of Haifa, at the Fine Rocket Propulsion Center, from October 2014 to June 2015. The main goal is to evaluate the combustion efficiency of a ducted rocket combustor operating at different conditions, using a connected-pipe testing setup. An experimental parametric investigation was conducted to evaluate the effect of the combustion pressure for different values of equivalence ratios. In order to achieve that, it was necessary to design and manufacture the nozzles, adapting the to the existing experimental facility. The background of ducted rocket propulsive systems will be discussed in the first chapters, with focuses on ramjets and scramjets. Then the system will be analysed in detail and it will be explained how to deal with experimentation with ducted rockets, i.e. the possible setups and the way of getting the results. A literature survey is present to show the previous works and researches done in this propulsive field, then the experiments will be discussed in detail and analysed to draw the conclusion. The focus will be on the effect of increasing the pressure, that has shown to improve significantly the energetic performances and the combustion efficiencies.

Scopo di questa tesi è la presentazione dei risultati sperimentali dei test condotti al Technion Israel institute of Technology di Haifa, presso il Fine Rocket Propulsion Center, da Ottobre 2014 a Giugno 2015. Obiettivo primario e valutare l'e fficienza di combustione di un ducted rocket funzionante sotto diverse condizioni, utilizzando un setup di tipo connected-pipe. Un'investigazione parametrica sperimentale e stata condotta per valutare l'eff etto della pressione in camera di combustione per diff erenti valori del rapporto di equivalenza. Per ottenere questo obiettivo, è stato necessario progettare e realizzare degli ugelli che si adattassero alle strutture presenti e ai requisiti del progetto. In questa tesi è presentato dapprima il background riguardante la propulsione dei ducted rocket, con particolare attenzione a ramjet e scramjet. In seguito si analizza in dettaglio il sistema propulsivo e si spiega come approcciarsi alla sperimentazione su questo tipo di sistemi, ovvero i possibili setup e i metodi per ottenere i risultati. Viene inoltre presentata una rassegna di precedenti lavori e ricerche all'interno di questo campo; in seguito vengono presentati in dettaglio tutti i test sperimentali effettuati insieme ai relativi risultati e conclusioni. Particolare enfasi e dato all'effetto benefico dell'incremento della pressione in camera di combustione sui vari parametri propulsivi e sulle efficienze.