Potential benefits of radial secondary injection of helium in dual-bell nozzles
Avantages potentiels de l'injection secondaire radiale d'hélium dans les tuyères à double galbe.
Résumé
Radial secondary injection of air in the extension section of dual-bell nozzles (DBN) have been the subject of recent studies. The technique showed promise in solving the early transition problem in DBNs, but also in reducing the side-loads generated during the transition phases. Because helium is used to pressurise rocket launcher's fuel tanks, the idea of using radial secondary injection of helium in the extension section of a DBN became of interest. This paper compares the impact of a radial secondary injection of helium in a DBN to a parametrical investigation performed with secondary injection of air. It was found that the use of helium resulted in a transition nozzle pressure ratio (NPR) and a retransition NPR increase of 5.5% and 11.4% respectively compared to test cases using secondary injection of air with a similar secondary pressure ratio. The lateral forces generated by the nozzle during the transition and the retransition phases were brought below 1% of the nozzle thrust by using helium or air as injectant gas. Moreover, the use of helium suppressed the hysteresis effect by causing an identical specific impulse curve trajectory during the transition phases and the retransition phases. Finally, the thrust jumps during transitions and retransitions were dramatically decreased, particularly with the use of helium, suggesting the promising potential of DBN on rocket launchers.
L'injection secondaire radiale d'air dans l'extension des tuyères à double galbe (DBN) a fait l'objet d'études récentes. Cette méthode s'est avérée prometteuse pour résoudre le problème de transition précoce dans les DBN, mais aussi pour réduire les charges latérales générées pendant les phases de transition. L'hélium étant utilisé pour pressuriser les réservoirs de carburant des lanceurs de fusées, l'idée d'utiliser l'injection secondaire radiale d'hélium dans la section d'extension d'une DBN est devenue intéressante. Cet article compare l'impact de l'injection secondaire radiale d'hélium dans une DBN à une étude paramétrique réalisée avec l'injection secondaire d'air. Il a été montré que l'utilisation de l'hélium entraînait une augmentation du taux de détente (NPR) de transition de la tuyère et du NPR de retransition de 5,5 % et 11,4 % respectivement par rapport aux cas d'essai utilisant l'injection secondaire d'air avec un rapport de pression secondaire similaire. Les charges latérales générées par la tuyère pendant les phases de transition et de retransition ont été ramenées en dessous de 1 % de la poussée de la tuyère en utilisant de l'hélium ou de l'air comme gaz injectant. De plus, l'utilisation de l'hélium a supprimé l'effet d'hystérésis en provoquant une trajectoire identique de la courbe d'impulsion spécifique pendant les phases de transition et de retransition. Enfin, les sauts de poussée pendant les transitions et les retransitions ont été considérablement réduits, en particulier avec l'utilisation de l'hélium, suggérant le potentiel prometteur des DBN sur les lanceurs de fusées.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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