Utredning Förbränning Beteende av Composite Krut

Champaign, Ill - Forskare vid University of Illinois undersöker mikroskopiska förbränning beteende sammansatt drivmedel, ett viktigt steg i att förbättra prestanda och tillförlitlighet av sågade drivs bärraketer och höghastighets-jaktplan.

Arbetshästen av fasta raketmotorer, komposit drivmedel består av en heterogen blandning av bränsle och oxidationsmedel - i allmänhet med oxidationsmedel som ett kristallint material som omges av ett bränsle-polymer matris. Ett vanligt exempel är ammoniumperklorat och hydroxyl polybutadien bindemedel.

"Ammonium perklorat har använts i fasta drivmedel i årtionden, och hydroxyl polybutadien bindemedel har fasats i produktion under det senaste decenniet, men grundläggande frågor kvarstår om deras förbränning beteende", säger Quinn Brewster, professor i maskinteknik vid U . av I. "Vårt arbete undersöker mikroskopiska beteende drivgas i en förenklad geometri som möjliggör enklare mätningar och jämförelser med teorin."

För att studera förbränning kemi på mikroskopisk nivå, Brewster och hans elever bildar först en liten drivgas smörgås bestående av ett skikt av bränsle mellan lager av oxidationsmedel. Smörgåsen är sedan antänds i en laser-utökats högt tryck förbränningsrummet, och den resulterande reaktionen spelats in med en intensifierad CCD (charge-coupled device) kamera.

"En optisk chopper tillåter sekventiell förvärv av två nästan samtidiga bilder - en av de låga utsläppen ensam, den andra med provet bakgrundsbelyst med en ultraviolett källa", Brewster sagt. "En smalband filter avvisar det mesta av ljuset förutom att avges från glada hydroxylgrupp molekyler."

Genom att studera CCD-bilderna kunde forskarna att undersöka hur förbränningen beteende av drivmedel smörgåsar omväxlande med tryck och oxidationsmedel bredd. "Vi fann att förbränningen ökade och lågan utvidgade vid höga tryck," Brewster sagt. "Ökat tryck och bredare lager oxidationsmedel tenderade också att orsaka lågan att dela."

Genom parallell datoriserad simulering studier undersökte forskarna ytterligare lågan struktur och energi-överföring egenskaper vid förbränning reaktion. "Vi använde en två-reaktion modell där oxidationsmedel får först reagera och bilda ett mellanliggande arter som sedan kombineras med bränslet i den andra reaktionen," Brewster sagt. "Denna dubbla reaktion sekvens ger en enkel approximation av komplexa lågor ses i vårt laboratorium experiment."

Simuleringen visar en inledande låga och två ledande lågor bildas över oxidationsmedel delen av drivmedel. "Den första flamma delar på grund av påverkan av dessa två kanten lågor, som är förankrade nära ytan", säger Brewster, som presenterade sitt lags resultat vid den gemensamma armén, marinen, NASA, flygvapnet (JANNAF) möte i Cocoa Beach , Florida, den 22 oktober. "Kanten lågorna ger ytterligare värme som höjer reaktionshastigheten av den ursprungliga lågan."