Master's Thesis

A pilot atomizer of a small jet engine

Author of thesis: Bc. Markéta Čermáková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Milan Malý, Ph.D.

Reviewer: Ing. Miroslav Šplíchal, Ph.D.

Abstract:

This master's thesis focuses on the analysis and development of swirl atomizers, aiming to optimize the fuel system by replacing the current spill-return system with a simplified solution. The theoretical part provides an insight into atomization processes, followed by experimental research. In the initial phase, spray characteristics and velocity fields of the original atomizer were detailed using high-speed imaging and Phase Doppler Anemometry (PDA). Based on these reference data, two commercial variants were selected and tested, subsequently compared with the custom geometry design. To accelerate the development cycle, a method of scaled-up models (5:1) manufactured using SLA 3D printing technology was employed. The conclusion of the thesis assesses the validity of additive manufacturing for this type of application, evaluates the impact of printing quality on hydraulic precision, and defines characteristic dependencies for the tested models. Furthermore, it provides a comprehensive evaluation of the tested commercial atomizers, assessing their suitability for successful integration into the fuel system.

Keywords:

Atomization, swirl atomizer, PDA – Phase Doppler Anemometry, SLA 3D printing, high speed imaging, geometric similarity, discharge coefficient, atomizer design, rapid prototyping

Date of defence

08.06.2026

Date of publish

07.06.2031

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Studentka prezentovala svoji závěrečnou práci ve které řešila návrh startovacího atomizéru malého proudového motoru. V následné rozpravě studentka popisovala v jakých parametrech je nově navržená tryska lepší než komerčně vyráběné varianty a následně použitelnou výrobní technologii a výrobní náklady nově navržené trysky. Následná obecná rozprava se týkala aplikace trysky v reálných podmínkách, jejích návrhových parametrů, technologe její výroby a také experimentální části práce. Studentka otázky položené komisí zodpověděla.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Aerospace Engineering

Study programme

Aerospace Technology (N-LKT-P)

Specialization

Aircraft Design (STL)

Composition of Committee

doc. Ing. Jaroslav Juračka, Ph.D. (předseda)
Ing. Milan Dvořák, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Vladimír Daněk, CSc. (člen)
Ing. Miroslav Šplíchal, Ph.D. (člen)
Ing. David Jágr (člen)
Ing. Josef Bajer (člen)
doc. Ing. Jan Zouhar, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Milan Malý, Ph.D.

Bc. Markéta Čermáková řešila poměrně náročnou diplomovou práci experimentálního charakteru, jejíž podstatou bylo analyzovat parametry spreje obtokové trysky a navrhnout její vhodnou náhradu za trysku jednodušší koncepce. V rešeršní části práce byla studentka odkázána především na původní vědecké publikace v anglickém jazyce. Práce zahrnovala zvládnutí velkého rozsahu činností od studia problematiky mechaniky tekutin a sprejů, přes návrh geometrie trysek, aplikaci pokročilých optických měřicích metod až po analýzu a interpretaci získaných dat. Experimentální část zahrnovala charakterizaci stávající obtokové trysky metodami vysokorychlostní stínografie a fázové dopplerovské anemometrie. Pro vlastní konstrukční návrh studentka vytvořila sadu vířivých trysek a využila přístup zvětšených modelů v měřítku 5:1 vyrobených technologií SLA 3D tisku. Součástí práce byla i mikroskopická analýza kvality tisku a kalibrace empirických korelací na naměřená data.

Hlavním výstupem práce je vybraný a otestovaný atomizér vhodný jako náhrada obtokového řešení a návrh geometrie alternativního atomizéru s širším kuželem spreje. Z důvodu vytíženosti laboratoře nebyly realizovány některé dílčí experimenty, které ovšem nemají vliv na kvalitu práce.

Diplomantka postup práce příkladně konzultovala a řídila se mými pokyny. Při řešení volila zpravidla adekvátní postupy, ačkoliv část práce věnovaná kalibraci empirických korelací si vyžádala intenzivnější vedení a více iterací. Problému se věnovala do dostatečné hloubky a šíře. Studentka splnila vytyčené cíle a práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Miroslav Šplíchal, Ph.D.

Cílem diplomové práce bylo prozkoumat technické možnosti různých atomizačních technik potenciálně použitelných jako startovací atomizér proudového motoru. Součástí úkolu bylo definovat okrajové podmínky startovací trysky, zvolit potenciálně vhodné náhrady a u těchto variant následně ověřit jejich vlastnosti. Tyto stanovené cíle práce se autorce podařilo splnit.

Práce má logickou strukturu a je rozdělena na teoretickou a praktickou část. Teoretická část práce poskytuje vhled do problematiky atomizace paliva, na kterou navazuje experimentální měření, kdy s využitím vysokorychlostní stínografie a metody Phase Doppler Anemometry byly stanoveny sprejové charakteristiky a rychlostní pole zkoušených trysek.

Jako rozšíření zadání práce byl autorkou proveden vlastní konstrukční návrh trysky s využitím teorie geometrické podobnosti a technologie 3D tisku byl tento návrh experimentálně ověřen. Práce obsahuje podrobný popis měření i dosažených výsledků u tištěných trysek, které byly ovlivněné možnostmi SLA tisku.

Za určitý nedostatek práce lze považovat omezený rozsah popis požadavků na vyvíjenou trysku a důvody pro náhradu stávajících řešení, což dává čtenáři malou představu o významnosti další prvků práce. Rovněž návrh vlastních trysek by měl být více okomentován z hlediska důvodů a definovaných požadavků na vývoj vlastní startovní trysky.

Z grafického a textového hlediska má práce velmi dobrou úroveň a vyhovuje kritériím pro závěrečné práce.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. V jakých parametrech má být Vámi navržená tryska lepší než komerčně vyráběná varianta? Byla již při návrhu uvážena použitelná výrobní technologie a výrobní náklady na Vámi navrženou trysku?

Grade proposed by reviewer: A

Reasons for publication postponement

Publication of the final thesis has been postponed in compliance with the provisions of Section 47b (4) of Act No. 111/1998 Coll., on the Higher Education Institutions and on amendments and supplements to other acts, as amended.

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová