The present report aims to show the development process of a liquid level sensing system for the use within the propellant tanks of a launch vehicle. Whereas many recent launchers use discrete level sensing systems to indicate the amount of fuel on defined spots like fill-stop and engine cut-off, in this report a continuous capacitance based sensor probe is described. An accurate knowledge of the propellant level can serve as input for the throttling of the propellant valves to account for changes in the oxidizer-fuel ratio and therefore helps optimising the operation of the rocket engine. Furthermore, the more precise the amount of fuel is known, the less unused propellant mass will remain allowing a cost and mass optimisation for each mission. Additionally to the increased vehicle performance, the sensor designs described aim to have comparably low mass and cost. At the beginning of the report, an overview of different level measuring techniques is given before going into the special conditions and requirements regarding launch vehicles. Afterwards, the design and testing with RP-1 and LN2 of two different sensor probes using a capacitive measuring principle is described and compared to analytical calculations and numerical simulations using COMSOL Multiphysics. At the end, design suggestions for a flight probe and possible improvements for a higher reliability are given. All tested sensor designs show an accuracy of a few millimetres when tested within a settled, non-sloshing fluid. However, the theoretical models show a substantial deviation to the test data. / Föreliggande rapport syftar att visa utvecklingsprocessen av ett vätskenivåavkänningssystem för användningen i drivmedelstankarna i en bärraket. Medan många nya bärraketer använder diskreta nivåavkänningssytem för att ange mängden bränsle på definierade händelser som textit tankstopp och textit motor avstängning, beskrivs i denna rapport en kontinuerlig kapacitansbaserad sensor. En exakt kunskap om bränslenivån kan fungera som inmatning för strypningen av bränsleventilerna för att ta hänsyn till förändringar i förhållandet mellan oxidationsmedel och bränsle förhållandet. Detta hjälper därför till att optimera driften av raketmotorn. Dessutom, ju exaktare mängden bränsle är känd, desto mindre oanvänd bränsle återstår, vilket möjliggör en kostnads- och massoptimiering för varje uppdrag. Förutom den ökade fordonsprestandan syftar de beskrivna sensordesignerna till att ha jämförelsevis låg massa och kostnad. I början av rapporten ges en översikt över olika nivåmättekniker innan de speciella förhållandena och kraven för bärraketer berörs. Därefter beskrivs design och testning med med RP-1 och LN2 av två olika sensorer som använder en kapacitiv mätprincip och jämförs med analytiska beräkningar och numeriska simuleringar med COMSOL Multiphysics. I slutet ges designförslag för en flygprob och möjliga förbättringar för en högre tillförlitlighet. Alla testade sensorkonstruktioner visar en noggrannhet på några milimeter när de testas med en stilla, icke-plaskande vätska. De teoretiska modellerna visar dock en väsentlig avvikelse från testdatan.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-305006 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Scholtes, Robin |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2021:690 |
Page generated in 0.077 seconds