自本世紀初以來，巴西利亞大學的混合動力推進團隊已經(jīng)成為混合式火箭發(fā)動機和小型探空火箭的研發(fā)工作的先驅。按照基于多學科優(yōu)化技術的系統(tǒng)設計的方法，團隊已經(jīng)研發(fā)了一種概念式混合火箭發(fā)動機，成為SARA（巴西航空和航天研究所設計的返回式衛(wèi)星）再入機動系統(tǒng)的一個很有價值的技術選擇。

挑戰(zhàn)

固體和液體火箭推進系統(tǒng)傳統(tǒng)上被認為是減速制動系統(tǒng)最方便的技術解決方案。由于固體燃料退移速率的改善，混合推進劑火箭發(fā)動機成為一個有效的替代。研究小組分析了三種不同的推進設置，其中石蠟作為固體燃料與冷氣體燃料混合，從而可以應對SARA再入程序的要求。最終的設計應該滿足幾何約束（與總質量限制對應）以及性能指標作為目標：減速發(fā)動產(chǎn)生的減速范圍在235到250 m / s之間，電機燒毀時間應該完全位于50到200秒之間。

“modeFRONTIER的工作流程可以幫助選擇最佳的設計方案，從而得到更輕的發(fā)動機。”

Manuel Nascimento Dias Barcelos，巴西利亞大學混合動力推進團隊領導人

解決方案

團隊考慮了影響混合發(fā)動機性能的關鍵參數(shù)：晶粒結構、燃燒效率、氧化劑容器壓力、噴嘴結構以及幾何結構。通過modeFRONTIER特有的工具進行的兩步敏感性分析可以選出對設計約束以及優(yōu)化目標影響明顯的變量。這些關鍵因素被放到一起來建立一個工作流程，能夠保持混合動力推進系統(tǒng)的簡單性。這個自動框架驅動幾何結構的自動搜索，在三種配置之下分別得到更多的減重。 “modeFRONTIER的工作流導航工具通過優(yōu)化過程幫助生成、評估和選擇設計方案，從而得到比以前研究的液體和固體發(fā)動機更輕的發(fā)動機。” Manuel Nascimento Dias，混合動力推進團體的領導人說。

modeFrontier的優(yōu)勢

modeFRONTIER使得混合推進劑發(fā)動機的設計工作得以流程化，該發(fā)動機基于液化燃料（固體石蠟）和兩種不同的氣體燃料：H2O2和自我加壓N2O。本案例中再入系統(tǒng)的預期質量從22公斤到29公斤，低于以前提出的液體推進劑發(fā)動機或固體發(fā)動機。“在這項工作中討論的優(yōu)化過程可以被視為混合火箭推進系統(tǒng)前期設計的一個重要工具”，Manuel Nascimento Dias總結。