Registration of the brightness temperature field of a jet of a rocket engine


View article
PDF, 1.0 MB


To accelerate rocket trains to speeds of up to two kilometers per second, solid propellant rocket engines are used. The development of the traction characteristics of such engines is carried out at the fire test stand. In the published work, a non-contact method for measuring temperature during engine testing on a test bench is proposed, based on the use of high-speed video recording of the combustion products outflow process to deter-mine the brightness temperature of a rocket engine jet during fire bench tests. A mono-chrome high-speed video camera was used in the experiment. Video recording was car-ried out in natural light conditions in a narrow spectral range. Limitation of the spectral sensitivity of the receiving matrix of the video camera was carried out using a light filter mounted on the lens of the video camera. To use a high-speed video camera as a pyrom-eter, it was pre-calibrated with video recording parameters similar to the experiment. The brightness of the image of the temperature lamp was recorded at various values of the temperature of the tungsten filament of the lamp. The analysis of the registered images was carried out in the ImageJ software package. It is shown that the registered calibration dependence is non-linear. An analytical relation is proposed that satisfactorily approxi-mates this dependence. It has been demonstrated that the use of high-speed video record-ing in the video pyrometry mode makes it possible to increase the information content of tests. The results of video recording make it possible to determine the characteristic times of engine operation and to determine the field of brightness temperature of the outflow-ing combustion products.

video recording, combustion products, brightness temperature, rocket engine.

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.23.3.1002

Sergey Ivanovich Gerasimov, Андрей Алексеевич Глухов, Vladimir Ivanovich Erofeev, Николай Александрович Трепалов

Volume 23, issue 3, 2022 year


Регистрация поля яркостной температуры струи ракетного двигателя

Для разгона ракетных поездов до скоростей, достигающих двух километров в се-кунду, применяются ракетные двигатели твердого топлива. Отработка тяговой ха-рактеристики таких двигателей осуществляется на стенде огневых испытаний. В публикуемой работе предложен бесконтактный метод измерения температуры при отработке двигателей на испытательном стенде, основанный на применении высо-коскоростной видеорегистрации процесса истечения продуктов сгорания для опре-деления яркостной температуры струи ракетного двигателя при проведении огне-вых стендовых испытаний. В эксперименте использовалась монохромная высоко-скоростная видеокамера. Видеорегистрация осуществлялась в условиях естествен-ного освещения в узком спектральном диапазоне. Ограничение спектральной чув-ствительности приемной матрицы видеокамеры осуществлялось с помощью све-тофильтра, установленного на объектив видеокамеры. Для применения высокоско-ростной видеокамеры в качестве пирометра, произведена ее предварительная ка-либровка при параметрах видеорегистрации, аналогичных эксперименту. Регистри-ровалась яркость изображения температурной лампы при различных значения тем-пературы вольфрамового тела накала лампы. Анализ зарегистрированных изобра-жений осуществлялся в программном комплексе ImageJ. Показано, что зарегистри-рованная калибровочная зависимость имеет нелинейный характер. Предложено аналитическое соотношение, удовлетворительно аппроксимирующее эту зависи-мость. Продемонстрировано, что применение высокоскоростной видеорегистрации в режиме видеопирометрии позволяет повысить информативность испытаний. Ре-зультаты видео регистрации позволяют определить характерные времена работы двигателя и определить поле яркостной температуры истекающих продуктов сго-рания.

видеорегистрация, продукты сгорания, яркостная температура, ракетный двига-тель.

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.23.3.1002

Sergey Ivanovich Gerasimov, Андрей Алексеевич Глухов, Vladimir Ivanovich Erofeev, Николай Александрович Трепалов

Volume 23, issue 3, 2022 year



1.Volkov, V.T., Yagodnikov, D.A., Research and Bench Testing of Solid Propellant Rocket Engines, Moscow, Publishing House of the Bauman MSTU, 2008, 296 p.
2.Gafurov R.A., Soloviev V.V., Diagnosis of Intra-Chamber Processes in Power Plants, Moscow, Mashinostroenie, 1991, 272 p.
3.Golovin, Yu. M., “Prospects for the development of systems for diagnostics and emergency protec-tion of LRE”, Fundamental and Applied Problems of Cosmonautics, 2002, No. 9, pp. 34–38.
4.Yagodnikov, D.A., Rudinskii, A.V., “Diagnostics of rocket and jet engines through characteristics of the intrinsic electromagnetic field of combustion products”, High Temperature, 2017, Vol. 55, No 5, pp. 808–824.
5.Svet, D.Ya., Optical Methods for Measuring True Temperatures, Moscow, Nauka, 1982, 296 p.
6.Mosharov, V.E., Radchenko, V.N., Senyuev, I.V., “Pyrometry using CCD camers”, Instruments and Experimental Techniques, 2013, Vol. 56, No 4, pp. 491–496.
7.Yagodnikov, D.A., Khomyakov, I.I., Burkov A.S., Samorodov, A.V., Artyukhova, O.A., Yanovsky, L.S., Surikov, Ye.V., “High-speed video and digital image analysis of solid propellant gas generator’s jet exhaust”, Engineering Journal: Science and Innovation, 2013, No 4(16), pp. 43–55.
8.Boronenko, M.P., Gulyaev, P.Yu., “Television measuring system of nanosecond resolution”, Re-ports of the Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, 2014, No. 1(31), pp. 60–64.
9.Inman, J.A., Danehy, P.M., Jones, S.B., Lee, J.W. “High-speed imaging optical pyrometry for study of boron nitride nanotube generation”, 30th AIAA Aerodynamic Measurement Technology and Ground Testing Conference, 2014, 13 p. Corpus ID: 137566910.
10.GOST 9411-91 Colored Optical Glass. Specifications, Moscow, Publishing House of Standards, 1992, 48 p.
11.Catalog of Colored Glass, Moscow, Mashinostroenie, 1967, 63 p.
12.Schneider, C.A., Rasband, W.S., Eliceiri, K.W., “NIH Image to ImageJ: 25 years of image analy-sis”, Nature Methods, 2012, Vol. 9, No 7, pp. 671–675.
13.Erokhin, B.T., Lipanov, A.M., Non-Stationary and Quasi-Stationary Modes of Operation of Solid Propellant Rocket Engines, Moscow, Mashinostroenie, 1977, 200 p.
14.Internal Ballistics of Solid Propellant Rocket Engines: Reference Library of the Developer-Researcher / Eds. A. M. Lipanov, Yu. M. Milekhin. Moscow, Mashinostoenie, 2007, 504 p.
15.Maltsev, V.M., Maltsev, M.I., Kashporov, L.Ya., The Main Characteristics of Combustion, Mos-cow, Chemistry, 1977, 320 p.
16.Yagodnikov, D.A., Voronetsky, A.V., Lapitsky, V.I., “Flame propagation through an aluminum aerosuspension at reduced pressure”, Combustion, Explosion and Shock Waves, 1995, Vol. 31, No. 5, pp. 23–31.