23175

مطالعه تجربي يك موتور هيبريد پراكسيد هيدروژن پليمر

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا

1390

1390/04/20

دكتر حجت قاسمي

مكانيك

كاربرد پراكسيد هيدروژن‌ به عنوان اكسنده مايع، به همراه پلي¬مر HTPB به عنوان سوخت جامد يك پيش¬ران هيبريد آزمايشگاهي مورد بررسي قرار گرفت. ابتدا با انجام مطالعات ترموشيميايي اين پيش‌رانه، محدوده كاري تركيبات مختلف آن تعيين گرديد. سپس يك موتور هيبريدي با قابليت تنظيم دبي اكسنده در محدوده گسترده و توليد نيروي پيش‌ران در حدود طراحي و ساخته شد. پراكسيد هيدروژن‌ تجاري، حاوي پايداركننده، موجود در بازار ايران، پس از طي فرآيند ويژه¬اي به پيش‌رانه با غلظت و ناخالصي كمتر از فرآوري گرديد. به منظور راه¬اندازي پيش‌ران از راه‌انداز كاتاليستي استفاده گرديد. پراكسيد هيدروژن‌ با عبور از بستر كاتاليستي به محصولات مياني با دمايي در حدود تجزيه مي‌شود. محصولات حاصل از تجزيه پراكسيد هيدروژن‌ با HTPB به صورت خود اشتعال وارد واكنش مي¬شوند. بررسي‌ها نشان داد نحوه معرفي اكسنده به بستر كاتاليستي نقش موثري بر كيفيت عملكرد اين سيستم دارد. به همين منظور كيفيت پاشش اكسنده در دبي¬هاي مختلف بررسي شد. راه‌كار‌هاي مختلف افزايش نرخ پس‌روي سوخت جامد پيش‌رانه‌هاي هيبريدي مورد بررسي قرار گرفت. ايده استفاده از سوخت‌هاي جامد كامپوزيتي براي افزودن دماي سطح سوخت از طريق احتراق سطحي تك پايه ، مورد بررسي قرار گرفت. با مطالعه ترموشيمي چنين پيش‌رانه‌اي تغييرات انرژيتيك تركيبات در محدوده وسيعي بررسي گرديد. در چندين آزمايش موفق عملكرد موتور هيبريد ساخته شده با سوخت HTPB در دو حالت خالص و همراه با آمونيم پركلرات بررسي گرديد. نتايج آزمايش، از قبيل دما، فشار، سرعت مشخصه و ضربه ويژه با مقادير پيش‌بيني تئوري مقايسه شده و تطابق خوبي مشاهده گرديد. همچنين به كمك داده¬هاي تجربي مشخصات عملكردي موتور از جمله نرخ پس‌روي تعيين گرديد. با مطالعه گرين استفاده شده در آزمايشات مشخص گرديد، استفاده از سوخت¬هاي كامپوزيتي، مكانيزم سوزش و بالستيك داخلي پيش‌ران را تغيير مي‌دهد. اين پيش‌رانه را مي‌توان نسل جديد پيش‌رانه‌هاي هيبريدي معرفي كرد. آزمايشات نشان داد با افزودن آمونيم پركلرات به HTPB، نرخ پس‌روي نسبت به حالت خالص دو برابر مي‌شود. همچنين نشان داده شده، با افزودن مقدار اندكي اكسنده جامد در سوخت، ميزان نياز به اكسنده مايع كاهش مي‌يابد.

1399/10/22

Experimental Study of a Hydrogen Peroxide-Polymer Hybrid Rocket Motor

1/11/2021 12:00:00 AM

The application of the hydrogen peroxide as the oxidizer of a prototype hybrid motor together with the HTPB polymer is investigated in this paper. First of all the work range of different composition of this material is defined by studying the thermochemical characteristics of this propellant. A prototype of hybrid motor is then designed and manufactured which is able to produce 10 kg propellant thrust. After conducting a special process, the Iran market available commercial hydrogen peroxide which contains stabilizer is processed and is converted to a 90% density propellant which has less than 15 ppm tainting. Catalystic igniter is used in order to start the motor. HTP is decomposed into its relative transient materials with temperature about 800 °c by passing them through the catalyst bed. Resultant production of decomposition of hydrogen peroxide with HTPB will be auto ignited. It was observed that the approach of employing the oxidizer to the catalyst bed is highly effective on the quality of the system performance. So the injection quality of the oxidizer was investigated for different mass flow rate. The performance of the hybrid motor by HTPB fuel is studied in a successful experimental test. Different method of increasing the regression rate of solid fuel was also investigated here. The idea of employing the composite solid fuel in order to increasing the surface temperature of fuel by mono-base superficial combustion is proposed here. Studying the thermochemical of the mentioned propellant, energetic variation of different components was then investigated in a large range of O/F ratio. Through several successful experimental tests, the manufactured hybrid motor with HTPB was examined for two different cases including with and without 10% ammonium perchlorate. The results of the test including of temperature, pressure, characteristic velocity and specific impulse are compared with the predicted theoretical simulations and an acceptable compatibility was observed. Moreover, the performance specifications of the motor like the regression rate are determined and are compared with the similar researches. By studding the used grains in this research, it was concluded that employing composite fuel, the mechanism of burning and interior ballistic would be altered. This propellant can be presented as a new generation of hybrid propellant. It was seen through the experimental tests that by adding 10% ammonium perchlorate to HTPB, regression rate would be improved by factor 2 compared to pure case. It was also shown, adding some solid oxidizer reduces the required mass flow rate of liquid oxidizer.

پيش‌ران هيبريد , پراكسيد هيدروژن‌ , HTPB , آمنيوم پر كلرات , پيش‌رانه كامپوزيت-هيبريد , راه‌انداز كاتاليستي , پيش‌رانه سبز

hybrid motor , hydrogen peroxide , HTPB , Ammonium Perchlorate , Composite-hybrid propellant , catalytic igniter , green propellant