Aircraft Power Plants and Rocket Engines

Unit V – 07A306 - Elements of Aeronautics                Aircraft  Power  Plants  and                                Rocket  Engines  U. Selvakumar, Lecturer,   Dept  of  aero,                                                                BIT, Sathy Unit V – 07A306 - Elements of Aeronautics Syllabus Principles of operation of rockets Types of rockets   Typical applications  Exploration into space Unit V – 07A306 - Elements of Aeronautics Text and References Principal Textbooks : Gas Turbine Theory  ­ H. Cohen , G.F.C. Rogers , H.I.H .         Saravanamutto – Third Edition ­ 1987          Rocket Propulsion Elements –  George. P. Sutton – Third         Edition ­ 1967    Supplemental References :  The Jet Engine ­ Rolls – Royce Publication – 1986  Introduction to Space Sciences and Spacecraft Applications –         B.A. Campbell , S.W. McCandless JR ­ 1996 Unit V – 07A306 - Elements of Aeronautics Helpful Resources http://www.utsi.edu/Academic/graduate.html http:/www.eevl.ac.uk http://www.aoe.vt.edu/Mason/ACinfoTOC.html Unit V – 07A306 - Elements of Aeronautics Types of Rockets Based on Gas acceleration mechanism Thermal       Electrostatic       Electromagnetic        Based on Energy Source Chemical (  always “thermal” )           Nuclear ( Thermal , Electric ) Solar  ( Thermal , Electric)    Based on Thrust Level High thrust ( >= 1g )           Low thrust ( 10­5 – 10­2 g )   ­­­­>  Solid               Liquid /Gas ­­­> Monopropellant               Hybrid                    Bipropellant Unit V – 07A306 - Elements of Aeronautics Solid­Propellant Rocket Motor Mixed fuel and oxidizer                External ignition  Burn to completion  Unit V – 07A306 - Elements of Aeronautics Solid­Propellant Rocket Motor Thrust is proportional to burning area  Grain pattern affects the thrust profile      Propellant chamber must withstand  high 'P' and  'T'  Environmentally unfriendly exhaust gases Unit V – 07A306 - Elements of Aeronautics Liquid / Gas­Propellant Rocket Motor Monopropellant : Catalytic ignition Chemical decomposition Bipropellant : Separate fuel and oxidizer Hypergolic ( spontaneous ) ignition External ignition Throttlable  Start and stop cycling Unit V – 07A306 - Elements of Aeronautics Liquid / Gas­Propellant Rocket Motor Unit V – 07A306 - Elements of Aeronautics Hybrid­Propellant Rocket Motor Solid fuel and liquid oxidizer Nitrous oxide (oxidizer)            Hydroxy Terminated Polybutadyene  (fuel) Separate fuel and oxidizer Issues : Hard start Blow back Complete mixing of oxidizer and fuel toward completion of burn Unit V – 07A306 - Elements of Aeronautics Hybrid­Propellant Rocket Motor Unit V – 07A306 - Elements of Aeronautics Rocket  Thrust Thrust    =  m  propellant V exhaust + A exit  ( p exit ­p ambient )                      =  m ceff                         m   =  mass flow rate of on­board propellant Unit V – 07A306 - Elements of Aeronautics Rocket  Parameters I sp =Thrust /Weight flow rate of propellant  Unit =m/ s/m/ s =s μ = minitial /m final  Mass ratio λ = m payload /minitial  Payload ratio η = m structure /minitial  Structural ratio ε = m propellant /minitial  Propellant ratio minitial =m payload mstructural/enginem propellant mfinal =m payload m structural/engine   Ɛ+λ+η = 1 ... Syllabus Principles of operation of rockets Types of rockets   Typical applications  Exploration into space Unit V – 07A306 - Elements of Aeronautics Text? ?and? ?References Principal Textbooks :... Aeronautics Solid­Propellant? ?Rocket? ?Motor Mixed fuel? ?and? ?oxidizer                External ignition  Burn to completion  Unit V – 07A306 - Elements of Aeronautics Solid­Propellant? ?Rocket? ?Motor Thrust is proportional to burning area ... Propellant chamber must withstand  high ''P''? ?and? ? ''T''  Environmentally unfriendly exhaust gases Unit V – 07A306 - Elements of Aeronautics Liquid / Gas­Propellant? ?Rocket? ?Motor Monopropellant :