В Johnson Propulsion Centre компании UAH Мэтью Хитт экспериментировал с различными размерами частиц твердого топлива, чтобы увидеть, как они сгорают при разных давлениях в камере сгорания и расходах окислителя, чтобы улучшить характеристики гибридных двигателей.«Это еще один шаг к тому, чтобы сделать гибриды, которые являются более безопасной альтернативой твердотопливным или жидкостным двигателям, — более практичными для реального применения», — говорит он.По рекомендации доктора Роберта Фредерика, директора Исследовательского центра движения UAH, Хитт посетил Летнюю школу по сжиганию в 2015 году в Принстонском университете и представил документ о своей работе в Американский институт аэронавтики и астронавтики на форум по двигательным установкам и энергии 2015 года, назначенный на 27 июля. -29 в Орландо, штат Флорида.
Повышение эффективности связано с улучшением скорости регрессии топлива — научный способ сказать, что твердое топливо сгорает быстрее, поэтому оно быстрее отступает от фронта пламени.«Увеличивая скорость регресса топлива — что может привести к упрощению конструкции — вы оставляете меньше несгоревшего топлива, поэтому вы не несете на себе весь этот мертвый груз», — говорит Хитт.Отсутствие необходимости нести топливо, которое в конечном итоге не сгорит, может снизить вес ракеты, позволить использовать двигатель меньшего размера для того же результата полета или учесть большую полезную нагрузку за счет экономии веса.
Совершенствование гибридных двигателей интригует ученых-ракетчиков во всем мире из-за дразнящих преимуществ, которые гибридный двигатель предлагает как по сравнению с обычными твердотопливными ракетными двигателями, так и по сравнению с двигателями на жидком топливе / жидком окислителе.Вместо того, чтобы иметь ценную человеческую или спутниковую полезную нагрузку на двух предварительно смешанных твердых ракетах, которые могут взорваться при случайном воспламенении, в гибридном двигателе одно топливо является твердым, а другое — жидким.«Вы не сидите на бомбе», — говорит Хитт.
Половина уравнения горения в твердом состоянии превосходит комбинацию жидкость / жидкость по весу и экономии средств, поскольку половина клапанов и связанного с ними оборудования, необходимого для создания давления и регулирования жидкостей, устраняется. И, в отличие от твердотопливного двигателя, гибрид можно дросселировать и останавливать.
Но гибридная конструкция с осевым впрыском и торцевым сжиганием, которую Хитт использовал в своих экспериментах, немного отличается от обычных гибридов.В двигателе, с которым работает Хитт, «окислитель впрыскивается через источник пористого твердого топлива, и сгорание происходит на конце этого топлива».Визуализируйте гранулы топлива в трубке, через которую проходит кислород с одного конца, а с другого они горят.
Контролируя поток кислорода, двигатель можно дросселировать или останавливать.«Для типичного гибрида у вас есть твердое топливо, и ваш кислород впрыскивается в отверстия для сгорания топлива», — говорит он. Однако эффективность — это проблема. «Обычные гибриды имеют низкую скорость регрессии, поэтому для увеличения расхода топлива необходимо иметь множество портов со сложной геометрией топливных гранул». Производство топлива сложной формы обходится дорого.
Работу Хитта можно рассматривать как своего рода решающую проблему в мире гибридов с торцевым впрыском с осевым впрыском. Отдельные китайские и японские исследовательские группы пришли к противоречивым выводам о том, увеличила ли конструкция скорость регресса топлива.«Мои результаты говорят о том, что такая конструкция действительно увеличивает скорость регрессии.
Я использую полиэтилен в качестве твердого топлива и газообразный кислород в качестве окислителя», — говорит Хитт.«В обычном гибриде скорость, с которой впрыскивается окислитель, действительно изменяет скорость регрессии топлива.
В этом случае скорость регрессии является результатом давления в камере, которое не так, как обычно работают гибриды, а как твердые двигатели работают ", — говорит Хитт. «Осевой гибрид имеет более высокую скорость регрессии топлива, а это означает, что у вас может быть менее сложная геометрия в топливных гранулах».