Úgynevezett kompozit hajtógáz ammónium-perklorát , vagy pCPA , olyan anyag, amely egy mátrix makromolekuláris a polimer tüzelőanyag mint kötőanyagot, felelős ammónium-perklorát NH 4 ClO 4mint oxidálószer , és a porszerű alumínium , mint üzemanyag . A polimert általában alapul hydroxytelechelic polibutadién (PBHT), de azt is állhat polibutadién - akrilsav - akrilnitril (PBAN) terpolimer.
Ez egy összetett hajtóanyag nagyon széles körben használják az űrhajózás , a felszálló emlékeztető hajtóanyagok a tér hordozórakéták , mint Ariane 5 , vagy a retro - rakétákat űrszondák , mint a Mars Exploration Rover . A PCPA blokkok formájában kerül kialakításra, amelyek a tolóeszközök testébe vannak öntve, geometriájuk szigorúan meghatározott a kívánt tológörbe szerint.
A szilárd hajtóanyag belső teljesítménye mindig alacsonyabb, mint a folyékony hajtóanyagé , de a szilárd hajtóanyag-gyorsítók által elért tolóerő sokkal nagyobb lehet a felszálláshoz szükséges néhány perc alatt, hogy a hordozórakéta olyan sebességet nyújtson, amely lehetővé teszi a felszabaduláshoz a gravitációs erő csak folyékony hajtóanyag-fokozatait használva. A kompozit ammónium-perklorát hajtógázokat ezért olyan alkalmazásokban használják, amelyekben mindenekelőtt teljesítményre, egyszerűségre és megbízhatóságra törekednek, a fajlagos impulzus nem haladja meg a 260 másodpercet .
Az összetett hajtóanyag kötőanyagának több feltételnek kell megfelelnie:
Az összetett hajtóanyagok hagyományos kötőanyagai az előpolimer 70-80% -át teszik ki, amely tulajdonságaik legnagyobb részét a polimerizált maradványai révén biztosítja ( butadién H 2 C = CH - CH = CH 2vagy akrilnitril H 2 C = CH - C = N( pl. hidroxil- OH). Maguk a láncok több tucatszor ismétlődő szerves monomerekből állnak ( szén , nitrogén , oxigén és hidrogén alapján ). Nincsenek ott nehéz atomok (különösen nincs szilícium , amely kizárja a polisziloxánokat ), mivel az égéstermékeknek a lehető legkönnyebbeknek kell lenniük, hogy optimalizálják az égési gázok kibocsátási sebességét, és ezáltal a kapott tolóerőt.
A térhálósító szer konzisztenciát kölcsönöz az előpolimernek azáltal, hogy biztosítja a makromolekuláris láncok közötti kötéseket, míg a hajtóanyag tömb alakításának megkönnyítésére lágyítót használnak. Az egész alkotja a kötőanyagot, amely általában az összetett hajtóanyag tömegének 10-15% -át teszi ki.
ElőpolimerA hydroxytelechelic polibutadién HO [H 2 C-CH = CH-CH 2 ] p -OH(PBHT) a leggyakoribb prepolimer ma a legjobban teljesítő PCPA-kban. Ezt alkalmazzák különösen az Ariane 5 porgyorsító szakaszaiban .
A poli ( butadién - [H 2 C - CH = CH - CH 2 -] pakrilsav - [H 2 C - C = COO–] pakrilnitril - [H 2 C - CH (C = N) -] p) (PBAN), kevésbé mérgező, mint a PBHT , inkább az 1970-es és 1980-as években alkalmazták a Titan III hordozórakétákhoz és az űrsiklókhoz szükséges emlékeztetők megtervezéséhez .
A PBHT előnye a PBAN-hoz képest, hogy szobahőmérsékleten térhálósítható izocianátokkal , hátránya ezen izocianátok toxicitása.
Térhálósító szerA triolt gyakran használják térhálósítószerként diizocianátokkal uretán –NH - COO– hidak képződéséhez a PBHT terminális hidroxiljaival . A triolok biztosítják a háromdimenziós térhálósodást, míg a diizocianátok a lánchosszabbítók szerepét töltik be. Az uretánhíd képződése az R 1 –N = C = O izocianátok közöttés HO - R 2 alkoholok a reakciónak megfelelően hajtjuk végre:
R 1 -N = C = O+ HO - R 2→ R 1 –NH - COO - R 2Ezek a hidak a polibutadién és a diizocianát, valamint a diizocianát és a triol között alakulnak ki. A térhálósodás mértéke feltételezi a hajtóanyag mechanikai tulajdonságait. Biztosítania kell a megfelelő nyúlást és a stresszel szembeni ellenállást.
LágyítóA térhálósító szer mellett a szilárd hajtóanyagok lágyítószert is tartalmaznak, amelynek feladata a paszta viszkozitásának csökkentése a megvalósítás megkönnyítése érdekében. Ez általában egy olaj, amely nem reagál a polimerrel szemben, amelynek hígításáért felelős, hogy korlátozza a láncok nem kovalens kölcsönhatásait folyékony állapotban és térhálósítva is.
A ammónium-perklorát NH 4 ClO 4definíció szerint a PCPA-k oxidálója. Jellemzően a tömeg 60-70% -a.
Ez adott esetben lehetnek „adalékolt” a nitroglicerin , hexogén (RDX), és / vagy a octogen (HMX) elérése érdekében specifikus impulzusok a sorrendben 275 s , de a költségek megnövekedett robbanásveszélyes kockázatok., Ami korlátozza ezeknek a használata energetikai oxidálószerek: a megbízhatóság és a biztonság két alapvető tulajdonság, amelyet egy összetett hajtóanyaggal keresnek .
Az üzemanyag fémes por, leggyakrabban alumínium , néha magnézium . Az alumínium messze a legjobban teljesít a PCPA-kban. Jellemzően a tömeg 15-20% -át teszi ki.
Gyakran adunk hozzá egy csipet vas-oxid Fe 2 O 3 -ot, réz-oxid CuO, mangán-dioxid MnO 2vagy CuCr 2 O 7 réz-dikromát (a hajtóanyag tömegének kevesebb mint 0,1% -a) égéskatalizátorként, amelynek szerepe:
Folyékony vas- vagy bórszármazékokat is használnak, amelyek szintén a lágyító szerepét töltik be, ami elkerüli a kötőanyag szilárd anyagokkal való túlterhelését.
Égéskésleltetőket is alkalmaznak, amelyek a blokk égése során a nyomás - és ezáltal a tolóerő - modulálására szolgálnak. Az alkáli- vagy alkáliföldfémsók befolyásolják az ammónium-perklorát bomlási kinetikáját , és alacsony koncentrációban (a hajtóanyag tömegének 1-2% -a), de az alumíniummal töltött porok esetében hatástalanok. Ebben az esetben, egy hűtőfolyadék lehet használni, ami csökkenti az égési hőmérsékletet a hajtógáz, és ezért a tolóerő termelt, azáltal, hogy csökkenti a entalpiája égés vagy pedig hígításával az égési gázok nitrogén: ez a helyzet a nitrát. Ammónium- NH 4 NO 3és nitro-guanidin- H 2 , N - C (= NH) -NH - N + OO -.
A folyékony hajtógázrendszerektől eltérően a szilárd rakétamotor tolóereje nem szabályozható valós időben, hanem a rakétába öntött hajtógáz tömb geometriai és szerkezeti jellemzőiből adódik. Különösen lehetetlen megállítani a szilárd hajtóanyag égését, miután az megkezdődött. Ezért a tológörbét előre meg kell határozni, és mintha „be kellene programozni” magába a szilárd hajtóanyag blokkba. Valójában az égési felület határozza meg a tolóerőt a hajtóanyag tömegáramán és a kipufogógázok kibocsátási sebességén keresztül:
,val vel:
A kidobási sebességet az égéstér nyomása , és így különösen az égési hőmérséklet szabályozhatja, míg a tömegáramot az égési sebesség (magát az üzemanyag-blokk összetétele alapján szabályozhatja. Hajtóanyag az égéskor). felület) és maga az égési felület, amely a rakéta hajtóanyagtömbjének geometriáján keresztül állítható be.
A tömegáramot az égési felület függvényében fejezzük ki az alábbiak szerint:
val vel:
Például egy csillagprofil stabilabb tolóerőt biztosít hosszabb ideig, mint a tisztán hengeres profil:
Az égési sebességet nehezebb szabályozni, meglehetősen finom tényezők sorozatától függően:
A legtöbb PCPA kiviteli alak égési sebessége 1 és 3 mm / s között van légköri nyomáson, és 6 és 12 mm / s között van, 6895 kPa nyomáson ; A PCPA-k elég jól reagálnak a következő empirikus görbére, amely az égési sebességet az égéstérben lévő nyomáshoz kapcsolja:
val vel:
Ez az n értéke kisebb, mint 1, azt jelzi, hogy a PCPA-k meglehetősen biztonságos hajtóanyagok, amelyek égési kinetikája nem hajlamos a végtelenségig eltérni, ha az égéstérben a nyomás kontrollálatlanul növekszik.
Minden amerikai űrsikló emlékeztető tartalmaz körülbelül:
vagy 453,6 t hajtóanyag. Ezt csillagformával öntik a boosterek felső részébe, fokozatosan henger alakúvá válnak, amikor az emlékeztető alsó harmadába érnek: az égés a booster tetején kezdődik, a csillag alakja nagy lendületet biztosít a felszálláskor, amely fokozatosan a transzfer emelkedése során csökken.
A fajlagos impulzus 242 s tengerszinten, és eléri a 268,6 s vákuumban.