作者：Manuel Nascimento Dias Barcelos , 巴西利亚大学（UNB）

2013年

“modeFRONTIER被证明是混合式火箭前期设计必不可少的工具”

Manuel Nascimento Dias Barcelos，巴西利亚大学混合动力推进团队领导人

自本世纪初以来，巴西利亚大学的混合动力推进团队已经成为混合式火箭发动机和小型探空火箭的研发工作的先驱。按照基于多学科优化技术的系统设计的方法，团队已经研发了一种概念式混合火箭发动机，成为SARA（巴西航空和航天研究所设计的返回式卫星）再入机动系统的一个很有价值的技术选择。

挑战

固体和液体火箭推进系统传统上被认为是减速制动系统最方便的技术解决方案。由于固体燃料退移速率的改善，混合推进剂火箭发动机成为一个有效的替代。研究小组分析了三种不同的推进设置，其中石蜡作为固体燃料与冷气体燃料混合，从而可以应对SARA再入程序的要求。最终的设计应该满足几何约束（与总质量限制对应）以及性能指标作为目标：减速发动产生的减速范围在235到250 m / s之间，电机烧毁时间应该完全位于50到200秒之间。

“modeFRONTIER的工作流程可以帮助选择最佳的设计方案，从而得到更轻的发动机。”

Manuel Nascimento Dias Barcelos，巴西利亚大学混合动力推进团队领导人

解决方案

团队考虑了影响混合发动机性能的关键参数：晶粒结构、燃烧效率、氧化剂容器压力、喷嘴结构以及几何结构。通过modeFRONTIER特有的工具进行的两步敏感性分析可以选出对设计约束以及优化目标影响明显的变量。这些关键因素被放到一起来建立一个工作流程，能够保持混合动力推进系统的简单性。这个自动框架驱动几何结构的自动搜索，在三种配置之下分别得到更多的减重。 “modeFRONTIER的工作流导航工具通过优化过程帮助生成、评估和选择设计方案，从而得到比以前研究的液体和固体发动机更轻的发动机。” Manuel Nascimento Dias，混合动力推进团体的领导人说。

modeFrontier的优势

modeFRONTIER使得混合推进剂发动机的设计工作得以流程化，该发动机基于液化燃料（固体石蜡）和两种不同的气体燃料：H2O2和自我加压N2O。本案例中再入系统的预期质量从22公斤到29公斤，低于以前提出的液体推进剂发动机或固体发动机。“在这项工作中讨论的优化过程可以被视为混合火箭推进系统前期设计的一个重要工具”，Manuel Nascimento Dias总结。