文摘gydF4y2Ba

Aluminum-water反应已被提出和研究了几十年的水下推进系统和应用程序需要氢生成。铝和水也被建议作为一个冷冻推进剂,也有其他建议冷藏推进剂混合,冻在原地,用作固体推进剂。然而,小的工作已经完成,以确定这些概念的可行性。纳米铝的最近的可用性,一个简单的二元配方和水现在是可行的。铝纳米铝点火温度低于微米大小的颗粒,部分是由于其高表面积和燃烧时间比微米铝快得多。冷冻纳米铝和水的混合物是稳定的,以及对静电放电的影响和冲击。在这里,我们报告的研究在小规模nAl-ice推进剂火箭实验的可行性。这里的焦点不是制定一个优化的推进剂;然而改进配方是有可能的。一些静态的电机进行了实验,包括使用flight-weight套管。 The flight weight casing was used in the first sounding rocket test of an aluminum-ice propellant, establishing a proof of concept for simple propellant mixtures making use of nanoscale particles.

1。介绍gydF4y2Ba

铝粉是一种常见的成分在常规固体火箭推进剂。它是用来增加特定的冲动,gydF4y2Ba,以及稳定性。纳米铝的性质和最近的可用性(nAl)最近努力激发新的固体推进剂配方。例如,郭et al。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]讨论了火箭推进的几种纳米粉体的潜在使用在最近的一篇论文。列出的许多潜在优势,这些粒子是短暂的点火延迟,燃烧速度快,有可能作为一个精力充沛的胶凝剂。使用部分已被证明与传统固体推进剂性能产生显著增加(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。研究人员表明,取代50gydF4y2BaμgydF4y2Ba米粒子与相同数量的名义上的100纳米粒子AP-based推进剂可能导致燃烧率增加100% (gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]。这些特点可以归因于高比表面积的纳米粒子gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。可能的缺点nAl活性铝含量的减少,干燥时静电放电(ESD)的敏感性,可怜的流变特性。其他研究进行了配对的反应性增加nAl用更少的水除了传统的氧化剂等活性氧化剂(gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。铝和水推进剂可能适合深太空探索的推进剂可以从可用原位水和铝。同时,这种推进剂的产品,主要是HgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba和艾尔gydF4y2Ba_2gydF4y2BaOgydF4y2Ba_3gydF4y2Ba,相对无毒的,使它成为一个“绿色”燃料(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba,gydF4y2Ba9gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

本文的目标是展示的结果nAl /冰(爱丽丝)小规模的静态实验,连同探空火箭的发射的爱丽丝。另一个目标是开发规模较大(千克尺度)混合过程产生一个一致的材料。古典混合器和新Resodyn混合器被认为是可用。这些推进剂的燃烧率特征链燃烧器。静态测试结果解雇也对内部弹道预测相比。gydF4y2Ba

2。背景gydF4y2Ba

虽然大部分商业nAl最近才被开发出来,water-aluminum反应收到关注,早在1940年代。1942年,Rasor和波特兰gydF4y2Ba10gydF4y2Ba申请了一项专利,提出利用海水和铝来推动潜艇。在这个反应热力学是可行的,可用铝不会产生完整的动力学反应。这是明显的由工作Elgert和棕色(gydF4y2Ba11gydF4y2Ba]曾经U235熔化铝但是只能0.2%的铝反应,即使温度达到~ 1200°C。甚至莱博维茨和Mishler[完成的工作gydF4y2Ba12gydF4y2Ba),他试图点燃铝用激光,发现如果氧化铝的熔化温度没有达到,点火不会发生。gydF4y2Ba

一些研究调查了微米大小的Al粉与水的使用水下推进(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba,gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。2004年,Ingenito和布鲁诺(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)也发表了一篇论文讨论的潜在用途aluminum-water混合推进的空间。使用NASA东航平衡代码,他们计算的理论比冲量值混合物在一系列oxidizer-to-fuel (O / F)比率。假设100的膨胀率,计算真空gydF4y2Ba的O / FgydF4y2Ba1.2大于300年代和高于大多数固体推进剂(gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。Ingenito和布鲁诺还提议的想法添加过氧化氢(HgydF4y2Ba_2gydF4y2BaOgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba)来提高性能。事实上,许多其他推进剂配方是可能的gydF4y2Ba8gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

纳米铝可以显著提高铝的反应速率和水。伊万诺夫et al。gydF4y2Ba16gydF4y2Ba]报道最早的燃烧化学计量部分和水的混合物。他们需要3%聚丙烯酰胺加厚(或凝胶)水和使nAl-water反应。2006年,Risha et al。gydF4y2Ba17gydF4y2Ba)报道,第一次燃烧nAl没有使用胶凝剂和水。Risha成功的结果可能归因于更高的表面积比以前使用的部分。Risha等人发现,化学混合物的nAl-water推进剂的压力依赖性约0.47,密度1.5克/厘米左右gydF4y2Ba^3gydF4y2Ba。而贫燃料混合物的燃烧率低于化学计量混合,压力指数是相同的。这表明推进剂具有相同的压力依赖性,无论数量的多余的水。gydF4y2Ba

在生产的厂家,如Novacentrix inc .)和Argonide公司铝氧化铝粉末形成钝化层。即使这个钝化层,nAl-water保质期很短,在周的顺序,当暴露在潮湿的空气由于对氧气的高亲和力nAl [gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。惰性氧化铝壳混合物的性能产生不利影响的gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。由于铝粒子的小尺寸(从微米到纳米),氧化铝层占更多的质量在nAl粒子。Dokhan et al。gydF4y2Ba19gydF4y2Ba)估计,活跃铝微米铝含量99.5%或更好,虽然钝化的活性铝含量nAl通常范围从50%到95% (gydF4y2Ba18gydF4y2Ba,gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba,gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

Franson et al。gydF4y2Ba22gydF4y2Ba)执行也许第一个工作爱丽丝在火箭发动机配置的实现。谷物的外直径是86毫米,内穿孔直径60毫米,长度157毫米。的总质量粮食使用微米和纳米铝是550 g。Postinspection电机透露大量的氧化铝残留室。渣的分析表明,gydF4y2Ba17%的初始铝不参与反应。这帮助解释观察到的最大压力为1.6 MPa相比3 MPa期望值。gydF4y2Ba

在之前的工作由我们组,我们检查了铝和水的混合物的老化特征。增加货架寿命的一个方法是冻结铝水混合形成爱丽丝。Sippel et al。gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]表明nAl和水储存在−25°C保留原来的活性铝含量40天后,被悬崖等过程。gydF4y2Ba21gydF4y2Ba]。从先前的调查结果,这是一个显著增加了一个值小于10%,同期的液态水。此外,Sippel等人发现,在过去的六个月中的活性铝含量没有变化的不确定性测量(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

安全测试也进行了实验性的推进剂。影响灵敏度测试表明,冻结的混合物nAl名义上使用80纳米粉和水(爱丽丝)下降高度大于实验仪器的能力gydF4y2Ba200年2.2米),而干燥gydF4y2BaμgydF4y2Bam AP下降38.5厘米的高度。爱丽丝ESD测试表明,化学混合物有能量阈值大于1.5 J,一千倍以上的能量通常在人体ESD事件发布。冲击敏感性进行确定推进剂将爆轰波传播。结果显示冻结的稳定使用80 nm nAl推进剂,没有迹象表明证人板(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

3所示。混合技术gydF4y2Ba

早期的混合物在这工作是手工混合或使用罗斯DPM-1Q双行星搅拌机(Hauppauge查尔斯•罗斯&儿子公司纽约)。然而,混合的反复无常和包装密度动机的其他方法。一个Resodyn LabRAM共鸣混合器(Resodyn声学混合器Inc .、孤峰、蒙大拿)最终选择把爱丽丝推进剂。LabRAM混合器是为了在混合系统的共振频率,使用指定的强度(从0到100)gydF4y2Ba23gydF4y2Ba]。系统的密度和粘度将会改变,因为它将导致系统的共振频率和能量投入的混合物(通过测量加速度级别)随时间改变。gydF4y2Ba

加速度和频率的变化提供了重要的信息与混合过程的完整性有关。在一个典型的组合,最初混合器的频率增加,然后下降,而加速度展品一般持续增加。这些波动发生由于改变混合属性在混合(图gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

如图gydF4y2Ba2(一个)gydF4y2Ba,爱丽丝开始作为一个混合的去离子水和80纳米铝粉Novacentrix Inc .(产品号:M2666,属性表中列出gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。混合,混合物开始形成团块,直到它变成一个统一的paste-like物质(图gydF4y2Ba2 (b)gydF4y2Ba)。推进剂的属性然后达到一个统一的国家;换句话说推进剂完全混合,当加速度和频率平整一段时间(图gydF4y2Ba2 (c)gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

4所示。燃速测量方法和结果gydF4y2Ba

在之前与罗斯双行星搅拌机,化学混合物被证明是太粘性的大小最终使用。有效组合的推进剂变得太厚的罗斯混合器。这种粘性行为促使最后爱丽丝混合物与目标等效贫燃料比,gydF4y2BaϕgydF4y2Ba,0.75。贫燃料混合物降低燃烧率相比,化学混合物,但Risha等人显示类似压力指数为贫燃料和化学混合物(gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

程序使用Resodyn混合器混合进化和改进整个项目。最初的程序是基于等价比率为0.75。然而,安全问题相关的无功特性nanoaluminum粉导致钝化的决定粉在空气中混合前两天。这个钝化步骤降低活性铝含量4%导致等价比率接近0.71,提供更少的被动的推进剂。再次,制定研究远非最佳。gydF4y2Ba

链燃烧实验使用从每个混合批材料用于生产执行静态火谷物。每个链由一个8毫米的IDgydF4y2Ba5厘米L管充满了gydF4y2BaϕgydF4y2Ba= 0.71混合物。冷冻链样本燃烧氩加压和光学访问燃烧炸弹。燃速测量重复一系列压力导致幂律估计如图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。平均超过25测试执行和结果显示。这种基因混合过程的压力指数是0.57,这是更大的压力依赖性比Al-water推进剂测试Risha et al。gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

5。电动机性能预测gydF4y2Ba

内部燃烧的弹道分析爱丽丝电动机粮食开发使用统括参数模型。控制体积考虑在该模型中考虑了几何实验谷物。这些配置表进行了总结gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

而简单的方法,固有的假设统括参数模型非常适用于当前应用程序作为实验谷物方面较低的比率为3.5 L / D从1.2gydF4y2Ba”gydF4y2Ba长粒2.3 7gydF4y2Ba”gydF4y2Ba长谷物,和,因此,压力沿长度变化可以被忽视的gydF4y2Ba15gydF4y2Ba]。此外,推进剂和电机参数调整的模型,详细的会计潜在的重要的两相流损失或喷嘴流损失不是本研究的范围内。相反,该模型用于预测室压力和推力峰值由爱丽丝谷物和指示的历史参数的基础上,测量了燃烧率和颗粒的几何形状。gydF4y2Ba

爱丽丝推进剂配方模型中假定有一个等价的比率0.71和1360 m / s的特征速度。进一步,基于先前的实验结果报道和理论性能的计算,假设210年代的特定的脉冲推力计算(gydF4y2Ba26gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

结果下面包括两个不同的模型。在第一个变种,上述推进剂特性和喷嘴几何图形被假定为名义。它是用来预测的最大推力和燃烧室压力试验前测试一个新的谷物或室几何。在第二个变体,在燃烧室燃烧和流动损失和通过喷嘴评估模型。这些损失是在两个方面考虑:首先,因为期末测验考试实验硬件显示铝沉积在喉咙的扩张部分喷嘴,一个简单的沉积模型包括在分析中。假设铝沉积的厚度随时间线性增加的沉积厚度测量经检验硬件。其次,通过减少名义推进剂性能损失包括特征速度和特定的脉冲值,直到一个合理的协议与实验数据获得。gydF4y2Ba

最后一个简化的假设包括在这两个模型的变体是总脉冲点火器产生的质量流率相比可以忽略不计的爱丽丝粮食。这一假设的有效性将在下面讨论。在任何给定时刻在统括参数模型中,所有接触表面在控制体积被认为导致的质量产生的推进剂的燃烧:gydF4y2Ba

相反,质量流退出喷嘴是由gydF4y2Ba

结合(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)和(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)在稳态条件下导致质量守恒方程gydF4y2Ba

方程(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)可以解决燃烧室压力使用St-Robert燃烧速率定律,gydF4y2Ba:gydF4y2Ba

因为无论是粮食受到抑制,爱丽丝的谷物燃烧表面积是一个函数的一粒一粒外和内孔直径和长度的gydF4y2Ba 与gydF4y2Ba和gydF4y2Ba功能网络的厚度正常消耗当地燃烧表面。web厚度,gydF4y2Ba,因此可以定义为燃烧率的积分给出的历史gydF4y2Ba

理论质量流率和推力计算可以根据(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)或(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba),gydF4y2Ba

集中参数模型的变体将(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)使用欧拉数值积分方法的充分小的时间步(通常1毫秒)。第二个模型变体反映了前面提到的性能损失和铝沉积在喷嘴根据(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba):gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2BaεgydF4y2Ba是氧化铝沉积的厚度测量喷嘴喉部的周长。室压强和推力计算与模型的变量如表所示gydF4y2Ba3gydF4y2Ba和图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba5gydF4y2Ba”gydF4y2Ba爱丽丝长谷物。gydF4y2Ba

如表所示gydF4y2Ba3gydF4y2Ba室的压力峰值gydF4y2Ba14.5 MPa计算与模型的变体。然而,峰值压力得到第二个变种遵循长室增压期间和四分之一的发生第二次比第一晚变体(图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)。这种延迟是一个特征速度降低的结果,认为是85%的名义在第二个模型变体。峰值压力计算与变异都是几乎相同的结果认为铝沉积模型。gydF4y2Ba

也显示在表gydF4y2Ba3gydF4y2Ba减少推力峰值来自哪里gydF4y2Ba2gydF4y2Ba1.78 kN从第一到第二个模型的变体。这种减少是低比冲量值假设的结果在第二个模型的变体。gydF4y2Ba

6。爱丽丝战舰静态发动机试验台架实验gydF4y2Ba

普渡大学的几个进行了静态测试火箭推进实验室。静态测试的测试电池的远程控制室实验监测和启动。压力和推力记录使用虚拟仪器,一个16位的民族乐器,32通道数据采集系统。至少两个摄像机是用来观察和记录实验。一个监控摄像机的外柱是开除,和另一个高速相机,记录在300 fps,显示器的侧面轮廓排气羽流。gydF4y2Ba

基于链燃烧测试,爱丽丝推进剂燃烧不执行在压力低于7 MPa;因此厚钢“战舰”电机壳是最初使用(见图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。这个套管尺寸35 MPa承受内部压力。然而,约束flight-weight套管的设计影响了爱丽丝的操作压力低于20 MPa。消除一个额外的变量之间的战舰测试和flight-weight测试相同的螺栓选择安全的爱丽丝电机组装在一起。这些螺栓设计失败22 MPa,所以超压不导致套管的失败。与预期混合和铸造的变化会影响性能,喷嘴喉部直径不一提供10 - 14 MPa的燃烧室压力峰值。gydF4y2Ba

战舰套管在横向金属框架。金属框架连接到一对弯曲,转让4.5 kN的推力负荷细胞(接口、斯科茨代尔亚利桑那州)。燃烧室压力测量使用两个PMP 1260隔膜压力传感器,(德鲁克、通用电气、Billerica MA)全面准确性为0.25%。gydF4y2Ba

以下几个实验测试各种点火发动机尺寸,选择的点火器在所有测试配置是一个商用Aerotech H180电机(gydF4y2Ba27gydF4y2Ba]。总结目前的研究兴趣的电机规格表提供gydF4y2Ba4gydF4y2Ba。的报道gydF4y2Ba178年代的不是这些意想不到的小型汽车。列在表gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,Aerotech H180电动机总脉冲218 n或大约15%的总脉冲预测与第一集总参数模型的变体为5gydF4y2Ba”gydF4y2Ba爱丽丝长谷物(表gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)。而较小的点火器是非常可取的,选择的点火器尺寸是必要的可靠和快速点火爱丽丝制定评估的研究。gydF4y2Ba

几个与战舰进行电动机运行。初始运行了3.5gydF4y2Ba”gydF4y2Ba长谷物。这些实验的结果并非本文提供的简洁性。三个成功的运行与3.5gydF4y2Ba”gydF4y2Ba长谷物,谷物的长度增加到5gydF4y2Ba”gydF4y2Ba提供更多的推力和更好的近似探空火箭所需的规模。实验结果的两个运行执行5gydF4y2Ba”gydF4y2Ba长谷物(测试4和5)提出并与建模结果图gydF4y2Ba5gydF4y2Ba和表gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

虽然两个测试不精确复制,要注意有几个关键特性。首先,包装长度和密度的5gydF4y2Ba”gydF4y2Ba长粒不同的2.3%和4.8%,分别与第一个5gydF4y2Ba”gydF4y2Ba海尔集团粮食比第二个要长0.25英寸。第二,尽管铝聚集在喷嘴或铸造的变化可以解释不同的峰值压力,实验压力峰值和峰值手臂比较与建模结果提供性能预测的自信程度增加了谷物。5实验和建模结果gydF4y2Ba”gydF4y2Ba海尔集团在表提供了谷物gydF4y2Ba5gydF4y2Ba包括计算总脉冲值特别感兴趣的探空火箭轨迹预测。gydF4y2Ba

显示在图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba是测试的记录推力曲线4和羽流在指定时间戳的图像在燃烧。第一张图片(图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba(一))是开始的点火器的火焰和初始室增压。像h - 180点火发动机燃烧,气体在ALICE扩张套管并退出喷嘴的黑烟。根据记录数据(压力和推力),相信爱丽丝开始燃烧在第二幅图(图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba(B))。这是明显的从突然的振荡变化的推力负荷细胞,这是一贯的整个战舰测试。进一步随着压力的增加,火焰持续增加直到达到峰值压力(数据大小gydF4y2Ba6gydF4y2Ba(B)gydF4y2Ba6gydF4y2Ba(F))。消费后的压力和推力迅速衰减的爱丽丝粮食。gydF4y2Ba

7所示。火箭设计和发射gydF4y2Ba

爱丽丝的演示飞行实验火箭推进剂的非制导的概念证明了更先进的火箭使用类似nanoenergetic材料推进剂。飞机设计过程遵循一个严格的和广泛的地面测试的爱丽丝火箭发动机点火的可能性最小化问题或电机结构失效。gydF4y2Ba

实验选择火箭的飞行是一个all-carbon-fiber,最小直径98毫米,高功率称为猫鼬98年火箭工具包。两个进行了发射火箭;第一次飞行使用k - 780商用火箭发动机测试的航空电子湾和部署降落伞,第二使用flight-weight电机壳爱丽丝推进剂颗粒。所有启动操作是在一个偏远地区位于西拉法叶西南大约12英里。被称为Scholer农场,这片土地属于普渡大学动物科学研究和教育中心和管理(ASREC)。第一次飞行,K780商业运动,发生在2009年6月14日。爱丽丝的演示飞行燃料发生大约两个月后,8月7日,2009年。对于飞行测试中,我们使用一个商业弹道轨迹仿真代码(Rocsim-PRO, (gydF4y2Ba28gydF4y2Ba])来计算飞行器性能(高度、范围、速度和加速度)。这段代码模拟飞行的风速和风向,大气热梯度、压力、位置纬度/经度,启动铁路方位/高程,以及更多。此外,它包含了美国国家航空航天局启动代码以执行基于不确定性值6自由度蒙特卡罗模拟在质量特性等物理参数(转动惯量,重心),空气动力学(阻力系数、压力中心、鳍斜面角度),推进(总冲动,推进剂质量,推力轴),风向/速度和发射导角的不确定性。gydF4y2Ba

如图gydF4y2Ba7gydF4y2Ba,爱丽丝飞行器由两个机身部分,由碳纤维级间耦合器连接在一起和一个航空电子湾含有两个冗余R-DAS火箭(数据采集系统)小单位(AED电器;荷兰)。R-DAS单位被预在远地点排出一个起动伞和主降落伞能在预定海拔。一个圆拱头锥是放置在前进的车辆,和三个碳纤维鳍附在尾部为了提供空气动力稳定性。附加鳍是用碳纤维平纹梭织布用湿手上篮技术应用布fin-tip fin-tip。后上篮过程中,真空装袋用于提供压力复合层组装为了删除任何多余的树脂,提高粘结强度。gydF4y2Ba

飞行重量电动机和点火器外壳示意图见图gydF4y2Ba8gydF4y2Ba构建7075 - t6铝固体棒。该方法优于焊接法兰套管的结束,可能会导致铝的力学性能的变化。螺栓螺纹为钢螺纹插入位于铝法兰在电机壳的尾部。这些钢插入帮助分发负载均匀线的长度。战舰上的螺栓相同的电机,选择22 MPa失败的原因。结构分析的结果使用3 d ProMechanica flight-weight电动机模型的固体网格3512元素和一个18 MPa内部压力负荷导致失败指数0.29基于7075 - t6铝合金的抗拉屈服强度500 MPa。在完成套管、压力容器水压试验数分钟14 MPa。通过这个测试允许第一静态测试与爱丽丝推进剂。gydF4y2Ba

两个静态火前测试是用flight-weight硬件进行发射。第一个测试(测试。6在表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)进行水平与战舰配置建立了电动机。发射前的最后一次静态测试(测试没有。7在表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)执行电动机安装垂直来评估粮食和铝渣会表现在重力的影响。这些问题包括粮食问题是否会从墙上脱落的酚醛管和幻灯片向喷嘴或者铝渣堵塞喷嘴。这个垂直测试进行了使用相同的Aerotech H180点火器在之前的测试中。粮食略长,从6.75gydF4y2Ba”gydF4y2Ba到7gydF4y2Ba”gydF4y2Ba,相比以前的水平测试,但是几乎相同的包装密度(2.2%以内)。图gydF4y2Ba9gydF4y2Ba显示垂直测试的实验数据和获得的预测性能预测模型。使用前面描述的简化假设铝沉积,特征速度和特定的脉冲损失,第二个模型的变体反映了进步的本质谷物燃烧但overpredicts燃烧室压力峰值。gydF4y2Ba

根据推力曲线从点火测试执行7gydF4y2Ba”gydF4y2Ba爱丽丝长谷物,以及新的flight-weight电动机设计、Rocsim-PRO模拟预测30磅飞行器将在0.9秒离开发射轨道,实现的速度gydF4y2Ba在铁路出口20 m / s。模拟预测一个16 G的最大加速度、最大速度gydF4y2Ba300公里/小时(0.24马赫),和一个名义上的高度gydF4y2Ba365在无风的条件下。gydF4y2Ba

几个约束限制了可实现的高度与当前爱丽丝动力火箭。首先,燃烧和流动损失过去六静态测试期间观察到发射导致约60%的总脉冲值的预测价值。损失正在努力解决这一问题的处理改善推进剂配方包括添加剂和替代配方达到更高的比冲量和降低氧化铝产品的内容。第二,爱丽丝推进剂的flight-weight套管必须维持14 MPa压力要求厚墙壁,从而增加车重相比传统的SRM。此外,引发当前爱丽丝推进剂配方所需的能量明显高于所需标准的固体推进剂。这将导致增加重量的点火器外壳和一个接口与爱丽丝套管能维持高压力和设计的方式燃烧气体不影响铝墙。重量也增加了下面的头锥收益率更高的稳定裕度。而设计的飞行安全系数约为1.5,较重的套管降低火箭的最大高度可以实现的。最后,当前爱丽丝配方的燃烧率是2.5厘米/秒的名义操作10 MPa的压力。这种燃烧率高意味着更大的web厚度需要维持爱丽丝在足够长的时间内燃烧。 In turn, larger grains require heavier casings. The current design is a trade-off between the aforementioned constraints. Further improvements of the propellant formulation should address these constraints, thus reducing the weight of the flight-weight casing in an effort to achieve better flight performance.

爱丽丝演示飞行发生相当酷(gydF4y2Ba21°C的环境温度)和平静(gydF4y2Ba在发射地点3公里/小时风)。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba10gydF4y2Ba显示了爱丽丝车辆在站准备起飞(左),点火后不久(中间)和飞行在爱丽丝之后不久扫清了发射塔(右)。gydF4y2Ba

火箭滑行粮食耗尽后,达到了最高点的高度~ 394米(1292英尺)。这个高度很接近365米(1200英尺)的估计从Rocsim-PRO假设没有风。数据记录R-DAS如图gydF4y2Ba11gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

之间这种紧密的协议记录飞行数据和预测表明,推力和推力大小有经验在飞行非常类似记录在地面飞行硬件。同样,观察到高峰gydF4y2Ba210年代的计算从地面飞行测试数据是一个很好的估计gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

8。结论gydF4y2Ba

我们已经表明,冷藏可以用于固体推进剂火箭发动机,和爱丽丝推进剂表明承诺作为火箭推进剂在静态测试解雇。六个小型静态实验显示一致的结果相比,预测编码。尽管当前的推进剂配方优化,改善混合过程产生了一个一致的和均质推进剂。而爱丽丝太低为实际使用的性能,获得的知识通过制定和试验纳米粒子在一个简单的混合物进行研究的极大兴趣活动先进的推进剂。gydF4y2Ba

内部弹道模型支持实验提供了一个简化的一系列复杂的事件在点火器和主燃烧室。模型是基于测量燃烧率参数和准确的谷物几何图形在普渡大学推进实验室进行测试。扰动的模型可以引入反映喷嘴喉部直径的减少由于氧化铝沉积和考虑燃烧室和喷管的损失。而模型的总脉冲overpredicts爱丽丝推进剂谷物,它是一个有用的工具室压力和推力峰值预测。最后,基于一致性模型和实验在几个测试,该模型也是一个flight-weight电机性能和预测工具,因此,火箭轨迹预测。gydF4y2Ba

命名法gydF4y2Ba

:gydF4y2Ba	推进剂燃速系数gydF4y2Ba
:gydF4y2Ba	燃烧区域gydF4y2Ba
:gydF4y2Ba	喉咙区域gydF4y2Ba
:gydF4y2Ba	特征速度gydF4y2Ba
:gydF4y2Ba	平均粒径gydF4y2Ba
:gydF4y2Ba	喉径gydF4y2Ba
dtgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	时间增量gydF4y2Ba
FgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	推力gydF4y2Ba
ggydF4y2Ba:gydF4y2Ba	重力gydF4y2Ba
:gydF4y2Ba	特定的冲动gydF4y2Ba
lgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	长度gydF4y2Ba
米gydF4y2Ba:gydF4y2Ba	质量gydF4y2Ba
:gydF4y2Ba	质量流率gydF4y2Ba
:gydF4y2Ba	室压力gydF4y2Ba
:gydF4y2Ba	燃烧率gydF4y2Ba
:gydF4y2Ba	外直径gydF4y2Ba
:gydF4y2Ba	内径gydF4y2Ba
:gydF4y2Ba	氧化层厚度gydF4y2Ba
:gydF4y2Ba	燃烧的时间gydF4y2Ba
WgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	Web厚度gydF4y2Ba
εgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	氧化铝沉积厚度gydF4y2Ba
:gydF4y2Ba	推进剂密度gydF4y2Ba
ϕgydF4y2Ba:gydF4y2Ba	混合比例。gydF4y2Ba

下标gydF4y2Ba

:gydF4y2Ba	在gydF4y2Ba
:gydF4y2Ba	出gydF4y2Ba
:gydF4y2Ba	推进剂。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

作者要感谢博士Mitat Birkan空军科研办公室和美国宇航局合同号码fa9550 - 09 - 1 - 0073和fa9550 - 07 - 1 - 0582。作者还要感谢t·l·康奈尔先生,Jr .,格兰特博士Risha和宾夕法尼亚州立大学的理查德·a·耶特博士的许多贡献。gydF4y2Ba