HybridSim

Door Benjamin Wilkosz

HybridSim is een simulatieprogramma wat ontwikkeld is om de afmetingen van hybride raketmotoren te bepalen. Het doel van het programma is niet alleen om te helpen met de eerste ontwikkelfase van de motor maar, en dat is misschien nog belangrijker, bij het optimaliseren van de ladingvorm, injector, straalpijp en tankontwerp wanneer de constante van het model bekend zijn. De oxidanttank en zijn thermodynamische eigenschappen zijn gemodelleerd voor een met distikstofoxide (N₂O / lachgas) gevulde tank. De lading (grain) is gemodelleerd als een lading met een enkele kern. De afbeelding hier rechts laat de configuratie van een N₂O hybride motor zien die gesimuleerd kan worden met HybridSim V1.0.

Oorspronkelijk is het programma geschreven in C, maar het is herschreven in SciLab, wat een aantal grote voordelen heeft. SciLab is een freeware wiskundig programma voor numerieke oplossingen (ca. 15 Mb) en lijkt erg op MatLab. De syntax van SciLab is veel toegankelijker dan C voor onervaren programmeurs. Omdat HybridSim ontwikkeld is als een open source programma, bied dit betere mogelijkheden voor diegenen die geïnteresseerd zijn om te helpen met het programma, maar die niet veel programmeer ervaring hebben. Bovendien bied SciLab een makkelijke grafische uitvoer voor de berekende resultaten.

Technische details van het simulatie model staan in de scriptie "Hybrid Rocket Engine Program" en natuurlijk in de broncode. HybridSim V1.0 kan van de volgende link gedownload worden:

HybridSim V1.0 download (10kB .zip bestand).

HybridSim is geschreven voor de drie doelgroepen:

1. Voor diegene die het als ontwerphulp willen gebruiken voor hun eigen hybride raketmotoren.
2. Voor diegene die geïnteresseerd zijn om te helpen met het ontwikkelen van de programmacode, code optimalisatie en het oplossen van bugs.
3. Voor diegene die willen helpen met het valideren van de software met testgegevens van hun eigen hybride motor om tegenstrijdigheden en bugs te vinden.

Het gebruik van HybridSim:

Doelgroepen 1 en 3:

• Download SciLab 4.1.2 van http://www.scilab.org/ en installeer SciLab.
• Pak HybridSim.zip uit in map naar keuze op jouw computer.
• Stel de werkmap in voor SciLab waar de bestanden zijn uitgepakt (File – Change Directory).
• Start SciLab en laad de invoerbestand (File - Open - Input_Data.sce).
• Verander de parameters van het model en start het programma (Execute – Load into SciLab). Het grafische scherm van SciLab laat de meest belangrijke parameters zien (bijvoorbeeld: Stuwkracht vs Tijd). Bovendien wordt een bestand met een samenvatting van de belangrijkste waarden en gebeurtenissen weggeschreven in de werkmap. De grafische uitvoer en een tekstbestand zijn te zien in het figuur hieronder. Dit tekstbestand kan geopend worden met een standaard tekstprogramma (zoals Kladblok) en kan gebruikt worden om de simulatieresultaten te analyseren.

Doelgroep 2:

Ben je geïnteresseerd om te helpen met de programmacode? Dan zijn er diversie dingen waar je aan kan werken: bugs oplossen, optimaliseren van het algoritme (om processortijd te verminderen, implementeren van hogere orde benaderingen) of het implementeren van nieuwe fysieke modellen (bijvoorbeeld tank of regressie modellen). De programmacode is erg gedetailleerd gedocumenteerd en de fysieke elementen van de simulatie zijn duidelijk gescheiden in verschillende functies, dus je hoeft geen expert te zijn om te helpen!

• Download SciLab 4.1.2 van http://www.scilab.org/ en installeer SciLab.
• Pak HybridSim.zip uit in map naar keuze op jouw computer.
• Stel de werkmap in voor SciLab waar de bestanden zijn uitgepakt (File – Change Directory).
• Het hoofdprogramma (File - Open - Hybrid.sce) en alle subroutines (*.sci) kunnen geopend en gemodificeerd worden met SciLab

Ik zou het erg op prijs stellen als je me wilt helpen met het verder ontwikkelen van HybridSim, het melden van bugs en het sturen van voorstellen of programmacode voor nieuwe HybridSim versies!

Toekomstige uitbreidingen

Er is natuurlijk nog veel werk te verzetten. HybridSim V1.0 zal in de toekomst worden doorontwikkeld. Een aantal punten waar ik nu aan werk zijn:

• Implementatie van andere tankmodellen (behalve het al geïmplementeerde Thermisch Evenwichtmodel).
• Implementatie van een lading bestaande uit meerdere segmenten om lokaal regressiegedrag te kunnen simuleren.
• Implementatie van geavanceerdere regressie modellen (stroom en druk afhankelijk).
• Implementatie van een algoritme om de temperatuur van de ontstekingskamer te berekenen (en daarmee de specifieke impuls) als een functie van de ROF-waarde en na het uitbranden van de lading.