Airbreathing propelled hypersonic vehicles for civil applications

The design of hypersonic airbreathing vehicles is a challenging goal due to the intricacies in propulsion-airframe integration intertwined with the challenges of developing an engine cycle capable of operating across a wide range of Mach numbers. The fundamental principle of airbreathing engines derives from the Brayton Cycle. Advancements in the aerospace research have led to the development of Rocket-based combined-cycle (RBCC) engines as an extremely effective, efficient, and viable with the ability of single stage to orbit (SSTO) and TSTO. The rocket engine used in combination with an airbreathing engine optimizes continuous power and impulse, resulting in the increase in system performance. The Brayton cycle and the reverse Brayton cycle have been systematically studied to delineate the efficiencies of the combined model of open Brayton - inreverse Brayton. An in-depth combustion analysis utilizing the NASA-CEA methodology has been deployed to analyse the core parameters of the airbreathing and rocket engine in the context of parameters such as oxidiser-fuel ratio, pressure, area ratio for different fuels. At last Adiabatic flame temperature trends with O/F ratio for airbreathing engines were seen for different fuels and conclusions were drawn with higher temperatures we get high enthalpies which gives a better performance efficiencies in case of airbreathing engines. On the other hand Specific impulse and adiabatic flame temperature trends with O/F ratio for rocket engines were studied for different fuels and oxidizers at given pressure and area ratio and conclusions were drawn regarding the performance and efficiency.

La progettazione di veicoli ipersonici per il volo atmosferico è un obiettivo impegnativo a causa della complessità dell'integrazione propulsione-velivolo intrecciata con le sfide dello sviluppo di un ciclo motore in grado di funzionare in un'ampia gamma di numeri di Mach. Il principio fondamentale dei motori di tipo esoreattore deriva dal ciclo di Brayton. I progressi nella ricerca aerospaziale hanno portato allo sviluppo di motori a ciclo combinato basati su razzi (RBCC) come estremamente efficaci, efficienti e realizzabili con la capacità di un singolo stadio in orbita (SSTO) e TSTO. Il motore a razzo usato in combinazione con un motore di tipo esoreattore ottimizza la potenza e l'impulso, con conseguente aumento delle prestazioni del sistema. Il ciclo Brayton e il ciclo Brayton inverso sono stati studiati sistematicamente per delineare le efficienze del modello combinato Brayton aperto - Brayton inverso. Un'analisi approfondita della combustione utilizzando la metodologia NASA-CEA è stata impiegata per analizzare i parametri fondamentali del motore di tipo esoreattore e a razzo nel contesto di parametri come il rapporto ossidante-combustibile, la pressione, il rapporto di area per diversi combustibili. Infine, le tendenze della temperatura adiabatica di fiamma con il rapporto O/F per i motori di tipo esoreattore sono state viste per diversi combustibili e conclusioni sono state tratte secondo cui con temperature più alte si ottengono più alte entalpie che danno una migliore efficienza delle prestazioni per questa tipologia di motori. D'altra parte, l'impulso specifico e le tendenze della temperatura adiabatica di fiamma con il rapporto O/F per i motori a razzo sono stati studiati per diversi combustibili e ossidanti a una data pressione e rapporto di area e sono state tratte conclusioni riguardo alle prestazioni e all'efficienza.