[AR] Re: Contraction Ratio and Characteristic Length Estimates for a 500 lbf Engine

  • From: Ben Brockert <wikkit@xxxxxxxxx>
  • To: "arocket@xxxxxxxxxxxxx" <arocket@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Sun, 13 Nov 2016 19:08:00 -0800

On Sunday, November 13, 2016, Graham Sortino <dmarc-noreply@xxxxxxxxxxxxx>
wrote:

Chambers tend to be short and fat because it cuts down the total
surface area that needs to be cooled; a sphere is theoretically
optimum. People rarely build spherical liquid rocket chambers any
more, though the advent of single piece additive manufacture will
hopefully lead to reevaluating some of the assumptions for
manufacturability baked in to most engines now. Rectangular channels
in the walls are another such assumption based on what was practical
to machine.





This is an interesting point... I was reading Huzel & Huang the other day
and it mentioned the following with regards to cylindrical chamber shape
(p72 - Chapter 4): *"Compared to a cylindrical chamber of the same
volume, a spherical or near-spherical chamber offers the advantage of less
cooling surface and weight. A sphere has the best surface-to-volume ratio
of all the geometric choices, and for the same material strength and
chamber pressure, the minimum wall thickness required for pressure loads is
about half that of a cylinder. However, the spherical chamber is more
difficult to manufacture and has provided poor performance in other
respects."*

Any idea what the poor performance alluded to could be? One of the
challenges with additive manufacturing is that the build size is limited so
a spherical shape sounds attractive.


Volume only really counts toward L* if stuff is happening in it. A
cylindrical chamber with an injector plate dense with elements is perhaps
the best case for use of volume; the only null space where propellant isn't
flowing through and contributing to residence time is a vaguely conical
space between the elements.

The trick in the sperical one is designing a flow field that uses the full
volume. Worst case would be a few injectors at the point opposite the
nozzle, where the flow proceeds quickly down the axis and out the nozzle
while a big, mostly inert toroid of gas circulates in most of the volume.

Alternate ideas would be counter flow, where you inject propellant upward
from near the nozzle and use that toroid to your advantage, or perhaps a
setup at the head that encourages full volume flow.

Ben

Other related posts: