Master's Thesis

Evaporation tubes for fuel delivery systems in small jet engines

Author of thesis: Bc. Ondrej Planka

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Ondřej Cejpek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Miroslav Šplíchal, Ph.D.

Abstract:

This thesis deals with evaporation tubes used for fuel distribution in the combustion chambers of small turbojet engines. The theoretical part focuses on the physical processes of air-fuel mixture formation. It also provides a comparison between evaporation tubes and pressure fuel atomizers, including their advantages and disadvantages. The subsequent section details the design, implementation, and testing of a custom experimental setup. This apparatus was developed to investigate fuel evaporation processes for the purpose of tube optimization. The work includes a literature review of similar experimental setups and small turbojet engines. Additionally, the properties of JET A-1 aviation fuel and heat transfer mechanisms were described to establish the design requirements. Following the fabrication and verification of the experimental setup, measurements were conducted under various operating regimes of the evaporation tube. Finally, the system was analyzed in terms of measurement repeatability, and the primary heat transfer mechanisms were evaluated.

Keywords:

Turbojet engine, experimental setup, combustion, heat transfer, fuel evaporation, evaporation tube.

Date of defence

10.06.2026

Date of publish

09.06.2031

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval svoji závěrečnou práci která se zabývala odpařovací trubicí pro distribuci paliva v malých proudových motorech. V následné rozpravě student popisoval prokazování opakovatelnosti experimentu, a možností stanovení experimentálně získaných hodnot pomocí softwarových nástrojů. Následná obecná rozprava se týkala procesu spalování v motoru, výkonových limitů motoru, konstrukce odpařovací trubice, možností využití průtokoměrů, možnosti využití analytických vztahů pro návrh odpařovací trubice a procesu zapalování.

Language of thesis

Slovak

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. Miroslav Šplíchal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jan Zouhar, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Zikmund, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Josef Klement, CSc. (člen)
Ing. Rostislav Koštial, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Ondřej Cejpek, Ph.D.

Bc. Ondrej Planka řešil technicky i časově náročnou práci zahrnující několik na sebe navazujících fází: rešerši relevantní literatury, extrakci provozních podmínek, návrh a výběr vhodných komponent včetně jejich řízení, konstrukci testovacího zařízení a experimentální ověření funkčnosti navrženého zkušebního zařízení. Aby student mohl práci úspěšně zvládnout, musel se důkladně zorientovat v několika náročných a vzájemně provázaných oblastech, jako je například problematika proudění, spalování, přenosu tepla a řízení experimentu.

Předložená práce je dobře a logicky strukturovaná. Shrnuje relevantní poznatky potřebné pro návrh zkušebního zařízení a vymezuje okrajové podmínky v souladu se zadáním. V celé práci je patrná dobrá práce s odbornou literaturou, například v kapitole věnované fyzikálním dějům nebo v rešerši obdobných testovacích zařízení. V praktické části student přehledně rozebírá možné varianty návrhu a volby komponent s ohledem na příslušné fyzikální děje a stanovené okrajové podmínky. Zkušební zařízení následně sestavil vlastními silami, přičemž v důsledku neočekávaného prodlení v dodání komponent musel přistoupit k náhradnímu řešení a celou trať realizovat svépomocí, včetně soustružení, svařování a dalších prací technického charakteru. Tento postup sice představoval nezanedbatelnou časovou zátěž, zároveň však dobře dokládá studentovy praktické schopnosti. Výsledkem je funkční zkušební zařízení, které bylo v průběhu práce otestováno v několika provozních režimech, a naměřená data byla zpracována se zaměřením na extrakci relevantních parametrů. Navržené zkušební zařízení respektuje okrajové podmínky stanovené v práci a zároveň dbá na bezpečnostní předpisy a regulace. Oceňuji zejména vypracování postupů při testování a popis nouzových stavů.

Celkově práci hodnotím jako zdařilou s reálným výsledkem v podobě funkčního zkušebního zařízení, které je plánováno využít pro optimalizaci geometrie odpařovací trubice. V textu se bohužel vyskytují drobné překlepy a místy méně obratně formulované věty, tyto nedostatky však celkový dojem z předložené práce nikterak nenarušují.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
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.

Hlavním úkolem práce bylo vytvoření zkušebního stavu pro testování odpařovacích trubic a dále provedení rešerše a analýzy již publikovaných technických řešení pro palivové systémy s odpařovacími trubicemi zahrnující rozbor výhod a nedostatků pro motory s maximálním tahem do 5000 N. Z hlediska plnění požadavku zadání jde především o prakticky orientovanou diplomovou práci zaměřenou na velmi specifické téma.

Autor při plnění požadavku zadání práci rozdělil na teoretickou část, kde popisuje parametry vybraných malých proudových motorů a obecně představuje výhody a nevýhody palivových systémů s odpařovacími trubicemi. Nad rámec požadavků autor popsal i další používané palivové trysky. V teoretické části mohl být rozsah provedené analýzy větší. Ve druhé kapitole práce jsou podrobně popsány fyzikální principy činnosti odpařovací trubice. Tato část práce pak slouží pro definování požadavků na návrh vlastního zkušebního stavu. Autorem navržená konstrukce zkušebního stavu musela být upravena z důvodu problémů s termíny výroby komponentů. Vlastní proces návrhu zkušebního stavu je podrobně přiblížen ve třetí kapitole. V následující čtvrté a páté kapitole je popsána vlastní realizace a provedené testovací měření. Zde bych autorovi doručil lepší formulaci záměru měření a zlepšit propojení teoretické části s dosaženými výsledky.

Z hlediska tématu je stěžejní šestá kapitola, ve které jsou prezentovány výsledky měření pro výkony 30, 40 a 50 %. Dosažení vyšších výkonů bylo provázeno problémy se stabilitou hoření. V rámci hodnocení výsledků pak autor popisuje naměřené teploty. V závěru práce jsou shrnuty zjištěné nezbytné úpravy zkušebního zařízení pro dosažení vyšších výkonů.

Přes omezení dané parametry zkušebního stavu jde o zajímavou práci, která použitelná pro další výzkum v oblasti odpařovacích trubic.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Dokázal byste experimentálně získané hodnoty stanovit také na základě modelování v SW nástrojích?
  2. Při testování opakovatelnosti experimentu je z grafu na obr. 5.7 patrný rozdíl v dobách měření. Při třetím měřením se měnily podmínky vlivem záslepky. Považujete tako provedené měření za dodatečně reprezentativní pro prokázání jeho opakovatelnosti?

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