Parametric identification of backflow vortex instability: A comparative study

Abstract

[EN] In typical liquid rocket engines, turbopumps used to feed the propellant are crucial components: the presence of flow instabilities is the most stringent limitation in the suction performance, power density and operational life of these machines. This work represents the extension of the Bayesian estimation method applied to effectively detect and characterize backflow vortex instability successfully designed and tested by Prof. Luca d’Agostino and his collaborators. The method was used for the quantitative comparison of the backflow vortex instabilities detected in several 3- and 4-bladed inducers varying load, tip clearance and different cavitating regimes. The results are consistent with the reported data in common literature, that is particularly scant, confirming these models can be helpful in efficiently addressing the preliminary parametric optimization of rocket engine inducer design.

[ES] En los motores líquidos de cohetes típicos, las turbobombas utilizadas para alimentar el propulsor son componentes cruciales: la presencia de inestabilidades de flujo es la limitación más estricta en el rendimiento de succión, la densidad de potencia y la vida operativa de estas máquinas. Este trabajo representa la extensión del método de estimación bayesiano aplicado para detectar y caracterizar eficazmente la inestabilidad del vórtice de reflujo, diseñado y probado con éxito por el Prof. Luca d'Agostino y sus colaboradores. El método se usó para la comparación cuantitativa de las inestabilidades de vórtice de reflujo detectadas en varios inductores de 3 y 4 palas que varían la carga, la holgura de la punta y diferentes regímenes de cavitación. Los resultados son consistentes con los datos de la literatura común que confirma que estos modelos pueden ser útiles para abordar de manera eficiente la optimización paramétrica preliminar del diseño del inductor del motor de cohete.

[CA] En els motors de coets líquids típics, les turbobombes que s'utilitzen per alimentar el propulsor són components crucials: la presència d'inestabilitats de flux és la limitació més estricta en el rendiment d'aspiració, la densitat de potència i la vida operativa d'aquestes màquines. Aquest treball representa l'extensió del mètode d'estimació bayesià aplicat per detectar i caracteritzar eficaçment la inestabilitat del vòrtex de retorn dissenyat i provat amb èxit pel Prof. Luca d'Agostino i els seus col·laboradors. El mètode es va utilitzar per a la comparació quantitativa de les inestabilitats del vòrtex de retrocés detectades en diversos inductors de 3 i 4 fulles que varien la càrrega, la separació de la punta i els diferents règims de cavitat. Els resultats són coherents amb les dades informades a la literatura comuna que confirma que aquests models poden ser útils per abordar de manera eficient l'optimització paramètrica preliminar del disseny de l’inductor del motor de coets.