Moteur à propulsion bi-liquide

Bi-liquid engine

Notre objectif

Our goal

Nous avons choisi de designer notre moteur avec 2 itérations de chambre de combustions.

La première, sans refroidissement, sera en cuivre et ne sera utilisée que pour des essais au sol de courte durée. Cependant, en tant que version de développement, elle est une étape incontournable dans notre processus.
Par la suite, nous développerons la chambre qui servira pour le vol final. Celle-ci sera en acier et aura un système de refroidissement actif.

Le système de pressurisation, les réservoirs et le stand de test seront, quant à eux, utilisés pour les 2 chambres de combustion.

Our choice was to design our engine with 2 different combustion chambers.

The first one, an heat sink copper combustion chamber, will only be used for short static fires.
The second one, with regenerative cooling, will be able do perform long duration burns for the final design.

Our pressurization system, our tanks and our test stand will be used for both.

2020 Q3:
Préliminaires

2020 Q3:
Préliminary

La première étape consistait en la réalisation de calculs et tests préliminaires qui nous ont permis de définir un cahier des charges clair et complet et les chemins à emprunter pour le mener à bien.
Outre la lecture d’informations, l’équipe a également dû tester les réservoirs, pièces achetées, afin de s’assurer qu’ils répondent bien à nos besoins.

The first step, was to realise preliminary calculations and tests in order to define a adapted requirement list.
The team has also tested the tanks we bought, in order to know if they were meeting our requirements.

2020 Q4:
Systèmes de pressurisation

2020 Q4:
Pressurization systems

Le système d'approvisionnement en ergols du moteur consiste en un réservoir d'éthanol (ethanol 40%) pressurisé à l'azote et un réservoir de protoxyde d'azote auto-pressurisé. Un système de contrôle du flux de carburant est aussi intégré.
Les propergols sont ensuite injectés dans la chambre de combustion à une pression de 20 bars.
L'objectif fixé est d'atteindre une poussée de 1 kN pendant environ 1 minute.

The propellant supply consists of an ethanol tank (ethanol 40%) which is pressurized using nitrogen, and a self-pressurized nitrous oxide tank. A precise mass flow controller is also required to adjust the oxidizer/fuel ratio.
The propellants are then injected in the combustion chamber at 20 bars.
We target a maximum thrust of 1 kN for 1 minute.

2021 Q1-Q2:
Chambre DEV

2020 Q1-Q2:
DEV Chamber

La première version (DEV) de notre chambre de combustion sera usiné en cuivre par Blein Meyer, notre partenaire Or.
Le moteur, dans cette configuration, devra délivrer une poussée proche de 1000N pendant quelques secondes.
Un système de vannes à boisseau sphérique en amont permet de gérer la poussée. Sur cette version, l'injection du carburant et de l'oxydant se font par la surface supérieure de l'injecteur.
Des capteurs de pression du carburant et de la chambre y sont également intégrés alors que la pression de l'oxydant est quant à elle déterminée en amont.

The first version (DEV) of our combustion chamber will be mahchined by Blein Meyer, our Gold Partner.
It should deliver a thrust close to 1000N for a few seconds.
Two upstream assembled ball valves will allow throttling. On this version the two propellants are both injected through the injector upper face.
Two pressure sensors, for fuel and chamber, are integrated as well while the oxidiser pressure is measured upstream.

2021 Q1-Q2:
Injecteurs (DEV)

2020 Q1-Q2:
Injectors (DEV)

Nos injecteurs, également produits par l'entreprise Blein Meyer, ont été conçus pour pouvoir être utilisé avec les deux versions de chambre de combustion.
En effet, cet injecteur en aluminium peut recevoir une entrée de carburant aussi bien via une entrée filetée sur sa face supérieure (version DEV) ou par une série d'ouvertures sur son pourtour (version VOL).
Cette polyvalence nous permettra d'ajouter un capteur de température lorsque le refroidissement régénératif sera intégré.

L'injection du comburant se fait au centre à travers 10 canaux de 1.2mm de diamètre. Ceux-ci sont concourants à un décalage de 1.1mm près.
L'injection de carburant, quant à lui, se fait à travers 20 canaux de 0.7mm de diamètre distribués sur la circonférence de la pièce. Ils s'entrechoquent deux par deux.

Cette configuration devrait permettre de créer une zone un peu plus riche en carburant proche des parois pour y garder une température plus faible.

Les nombreux tests effectués sur ce design sont très prometteurs, nous attendons avec impatience de pouvoir tester les pièces finies.

Our injectors will also be machined by Blein Meyer.
This aluminium version will be first mounted on the test chamber but was design to be compatible with the following chamber.
Indeed, fuel can be fed through a threaded input on the upper face as well as through multiple gaps along the circumference of the part. This technical versatility will allow to add a temperature sensor once regenerative cooling is added.

The oxidiser injection occurs in the center through 10 1.2mm diameter channels. They are almost concurrent except for a 1.1mm offset. The fuel injection occurs through 20 0.7mm in diameter channels around the circumference of the part. They collide into each other in pairs.

This configuration should create a fuel rich zone close to the wall keeping a reasonable temperature there.

The multiple tests performed on this design have been quite promising, we can't wait to test the real parts.

2021 Q1-Q2:
Stand de test

2021 Q1-Q2:
Test stand

Pour pouvoir tester nos différentes itérations du moteur en toute sécurité, nous avons besoin d'un endroit approprié.
Nous avons donc construit un stand de test qui accueillera le moteur tout en séparant les tanks de la flamme.

Lors des tests, la sécurité est notre priorité. C'est pourquoi nous nous faisons accompagné par des professionnels.
Nous remercion notamment notre sponsor Säfeli pour leurs conseils avisés.

In order to safely test our different engine iterations, we need an appropriated test stand.
That is why we build our own test stand that would be able to contain our combustion chamber and tanks separatly.

During the tests, safety is our priority and it is important for us to be guided by skilled profesionnals.
We are thankful for the support Säfeli, our sponsor, give us about this important subject.