Nye teknologier kan løse raketudfordringer 800 år undervejs

Det kan være svært at tro, men faste drivmidler er blevet brugt i raketter siden mindst det 13. århundrede, begyndende med kineserne. Nu, Purdue University-forskere udforsker adskillige patenterede teknikker til at løse to væsentlige udfordringer med moderne faste drivmidler - at kontrollere forbrændingshastigheden og forbedre den samlede ydeevne.

De tidligste raketter, og nogle modelraketter i dag, brugt krudt. Faste drivmidler kan nemt opbevares i lange perioder og derefter lanceres med kort varsel. De bruges til mange militære applikationer og bruges som strap-on boostere for at øge nyttelastkapaciteten til en bred vifte af lanceringsapplikationer.

Purdue-forskere har udtænkt tre patenterede teknologier til at hjælpe med at kontrollere forbrændingshastighederne og også forbedre ydeevnen for moderne faste drivmidler. De kigger på indkapslede katalysatorer, skræddersyede metalliske brændstoffer og indlejrede reaktive forbrændingshastighedsacceleratorer, eller reaktive ledninger, at hjælpe med at løse disse to kritiske udfordringer.

"Vi har udviklet kreative løsninger, der drastisk kan forbedre ydeevnen og bedre kontrollere forbrændingshastigheden af ​​faste drivmidler, " sagde Steven Son, Alfred J. McAllister professor i maskinteknik ved Purdue's College of Engineering. "At skræddersy en afbrændingshastighed til et specifikt raketdesign er vigtigt, fordi det sikrer rakettens overordnede effektivitet."

Den første Purdue-løsning er at indkapsle nanoskalakatalysatorer i oxidationsmidler. Katalysatorer tilsættes faste drivmidler for at kontrollere forbrændingshastigheden, og ved at indkapsle dem forbedres deres samlede effektivitet, og der er behov for mindre katalysator, hvilket vil resultere i højere ydeevne.

Purdues anden teknologi involverer konstruktion af metalpulvere, såsom aluminium, som bruges som brændstof i mange faste drivmidler. Holdet fremstillede mekanisk aktiverede metalliske brændstoffer, resulterer i aluminiumpartikler i mikrometerskala med intrapartikelstrukturer i nanoskala af et andet materiale, hvilket forbedrer antændelsen og forbrændingen af ​​metalpulverne, der øger forbrændingshastigheden og kan også reducere såkaldte tofasede strømningstab til den samlede ydeevne.

Den tredje løsning skabt hos Purdue fokuserer på indlejrede brændehastighedsacceleratorer for reaktivt materiale. Faste raketdrivmidler brænder fra overfladen af ​​et blotlagt drivmiddel i forbrændingskammeret udad. Purdue løsningen, indlejrede mekanisk aktiverede reaktive folier i drivmidler, har vist sig at øge den effektive forbrændingshastighed af drivmidler betydeligt, da de indlejrede folier åbner nyt overfladeareal til forbrænding. Dette kunne muliggøre et mere drivmiddel i raketmotoren i starten, fører til øget rækkevidde og væsentligt forbedret ydeevne.