MMH/NTO injection and ignition in vacuum downstream from an Aestus engine single injection element

• Published in: Aerospace science and technology 2004-04, Vol.8 (3), p.207-217
• Main Authors: Lecourt, Renaud, d'Herbigny, François-Xavier
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Allumage; Applied sciences; Brouillard; Energy; Energy. Thermal use of fuels; Engines and turbines; Equipments for energy generation and conversion: thermal, electrical, mechanical energy, etc; Ergol liquide; Exact sciences and technology; Ignition; Injection; Liquid propellant; Moteur-fusée; Rocket engine; Spray; Vacuum; Vide
• ISSN: 1270-9638; 1626-3219
• DOI: 10.1016/j.ast.2003.11.001

An experimental study of the injection and ignition of MMH and NTO propellants injected under vacuum conditions downstream from an Aestus rocket-engine single element injector was undertaken to investigate the physical phenomena occurring during the first steps of injection and ignition in the actual conditions of the Aestus engine. A laser sheet technique was used to visualize the phenomena in a windowed combustion chamber, connected, through a sonic throat, to a vacuum tank. The injector and the combustion chamber were equipped with large bandwidth temperature and pressure transducers to follow accurately the unsteady phenomena. The paper describes the injection of each propellant injected alone and then their ignition when they are injected together. The low pressure conditions (200 hPa) have no influence on the MMH injection. On the contrary, the NTO spray is strongly modified when injected in vacuum (5 hPa). Ignition is always smooth because of the oxidizer injection lead procedure used and totally ruled by the MMH flow rate. Finally, because of the oxidizer injection lead procedure, frequent pre-ignitions between MMH and NTO vapor are observed in the MMH manifold when this valve is opened. According to the experimental conditions, these pre-ignitions are smooth and limited or steep. Une étude expérimentale de l'injection et de l'allumage sous vide des ergols MMH et N 2O 4 injectés par un injecteur élémentaire du moteur-fusée Aestus a été réalisée pour observer, dans des conditions réalistes, les phénomènes physiques se produisant lors des premiers instants de l'injection et de l'allumage. La tomographie laser a été utilisée pour visualiser les phénomènes dans une chambre de combustion à hublots connectée, via un col sonique, à un caisson à vide. L'injecteur et la chambre de combustion étaient équipés de capteurs à large bande passante afin de suivre fidèlement les phénomènes instationnaires s'y produisant. Cet article décrit l'injection de chaque ergol injecté seul et leur allumage lorsqu'ils sont injectés ensemble. Les conditions de faible pression (200 hPa) n'ont pas d'influence sur l'injection de MMH. En revanche le brouillard de N 2O 4 est profondément modifié par les conditions de vide (5 hPa). L'allumage est toujours progressif à cause de la procédure d'injection préliminaire de N 2O 4 et ses caractéristiques sont complètement déterminées par le débit de MMH. Enfin, en raison de l'injection préliminaire du N 2O 4, le pré-allumage des ergols dan