En
Ru
Vol. 50 (2014), Issue 3, p. 73-80
Increase of Regression Speed of Combustion through Oxidizer Doping
Abstract
УДК 629.194
This paper presents an innovative method to increase the regression speed of a solid fuel grain by using oxidizer doping. The results obtained on a propulsion application showing the performance parameters as an output of a numerical model are provided. Two models are given that predict the regression speed increase for embedding wires and for oxidizer doping with a factor of ~ 2 to 3. Also, it is shown that this increase of the regression speed by using a low oxidizer doping percentage, which is based on the assumption that at a higher doping rate the combustion instabilities, can lead to detonations. Next, a thermochemical model for the combustion within the oxidizer doping model is afforded. For this model, the burn is assumed to take place around the surface of each of the oxidizer particles, being composed of two different burning processes: one is the burning on the surface of the solid fuel grain and the other is the burning between the solid fuel and the solid oxidizer. For a non-doped fuel grain, the burning takes place only on the surface of the fuel grain. Finally, a potential application of such propulsion units to small satellite launchers is presented, and a case study of such a vehicle intended to place a 50 kg payload on a low earth orbit (300 to 500 km altitude) is described. The modelling proposed is based on the assumption that the use of solid methane makes this launcher environmentally friendly.
Keywords: combustion, doping, oxidizer, regression, ballistics.
В статье представлен инновационный метод увеличения скорости выгорания твердых частиц топлива с помощью добавления присадок в окислитель. Разработана численная модель двигательной установки, дающая в качестве выходных данных параметры производительности. Представлены две модели, которые предсказывают увеличение в 2–3 раза скорости выгорания для вложенных проводов и при добавлении присадки. Кроме того показано, что указанное увеличение скорости выгорания происходит при использовании малых количеств добавок к окислителю, так как есть опасения, что более высокие уровни добавок ведут к неустойчивости горения и детонации. Приводится термохимическая модель для горения с присадкой к окислителю. В этой модели предполагается, что горение происходит вокруг каждой частички окислителя и состоит из двух различных процессов: первый процесс – это горение на поверхности частички твердого топлива, а второй процесс – это горение между твердым топливом и твердым окислителем. Для частицы топлива без присадки горение происходит только на поверхности частицы топлива. Представлены возможные применения соответствующих силовых установок для запуска небольших спутников и описывается одна из них, предназначенная для вывода 50 кг полезного груза на низкую околоземную орбиту (300–500 км над уровнем моря). Предложенные модели основываются на предположении, что использование твердого метана позволит сделать запуск ракеты-носителя экологически чистым.
Ключевые слова: горение, присадки, окислитель, выгорание, баллистика.
Download full-text PDF. 3163 downloads
Web-Design Web-Development SEO - eJoom Software. All rights reserved.