導入
ブースター推進剤：PCPA
– 比推力: 275秒
– 推力: プロペラあたり1,270 kN
– 持続時間: 94秒
1階： LOX /RP-1
– 比推力: 311秒
– 推力： 4,152 kN
– 持続時間: 253秒
2階：LOX/ LH2
– 比推力： 451秒
– 推力： 99.2kN
– 持続時間: 842秒
過塩素酸アンモニウム複合推進剤( PCPA ) は、バインダーとして可燃性ポリマーの高分子マトリックスに、酸化剤として過塩素酸アンモニウム NH 4 ClO 4が充填され、燃料として粉末アルミニウムが充填された材料です。ポリマーは通常、ヒドロキシテレケリックポリブタジエン (PBHT) をベースとしていますが、ポリブタジエン– アクリル酸–アクリロニトリル(PBAN) ターポリマーで作ることもできます。
用途
これは、アリアン 5などの宇宙発射装置の離陸時のブースター推進剤や、火星探査車などの宇宙探査機の逆ロケットで宇宙飛行において広く使用されている複合推進剤です。 PCPA は、所望の推力曲線に従って厳密に定義された形状でスラスターの本体に成形されたブロックの形をしています。
固体推進剤の本質的な性能は常に液体推進剤の性能よりも低いですが、固体推進剤の加速器によって得られる推力は、離陸に必要な数分間にはるかに大きくなり、発射装置に自力での脱出を可能にする速度を与えることができます。液体推進剤ステージのみを使用して地球の重力を計算します。したがって、過塩素酸アンモニウム複合推進剤は、比推力が260 秒を超えない、出力、単純さ、信頼性が主に求められる用途に使用されます。
実装
固体推進剤システム
液体推進剤システムとは異なり、固体推進剤ロケット エンジンの推力はリアルタイムで制御できず、ロケットに鋳造された推進剤ブロックの幾何学的および構造的特性によって決まります。特に、固体推進剤の燃焼は一度始まると止めることができません。したがって、推力曲線は事前に決定し、固体推進剤ブロック自体にいわば「プログラム」する必要があります。実際、推力を決定するのは燃焼面であり、推進剤の質量流量と排気ガスの噴出速度によって決まります。
- $$ {F_{prop}=v_e\cdot\dot{m}\,} $$、
と ：
- F prop推進剤の推力、ニュートンで表されます。
- v排気ガス排出速度 (m/s 単位で測定)
- $$ {\dot{m}\,} $$排気ガス排出の質量流量、キログラム/秒で測定
噴出速度は燃焼室内の圧力、したがって特に燃焼温度によって調整できますが、質量流量は燃焼速度によって調整できます（それ自体は燃焼表面の推進剤ブロックの組成によって調整されます）。燃焼面自体によっても調整可能で、ロケットの推進剤ブロックの形状によって調整可能です。
質量流量と燃焼速度
質量流量は、燃焼面の関数として次のように表されます。
- $$ {\dot{m}=\rho\cdot S_\mathrm{c}\cdot t_\mathrm{c}} $$
と ：
- $$ {\dot{m}\,} $$排出ガスの質量流量 (kg/s で表す)
- ρ燃焼面での推進剤の密度(kg/m 3 単位で測定)
- S c燃焼面、単位は m 2
- t c燃焼速度 (m/s 単位で測定)
たとえば、星形プロファイルは、純粋な円筒形プロファイルよりも長期間にわたって安定した推力を提供します。
燃焼速度は、一連の非常に微妙な要因に応じて制御することがより困難になります。
- 推進剤の化学組成。地域によって異なる場合があります。
- バインダーに添加されるフィラー粒子のサイズ (過塩素酸アンモニウムとアルミニウム)
- 燃焼室内の圧力
- システムの熱交換特性
- 燃焼ガスによるブロック侵食現象
- ブロックの初期温度
ほとんどの PCPA の燃焼速度は、大気圧で 1 ～ 3 mm/s 、 6,895 kPaで 6 ～ 12 mm/sです。 PCPA は、燃焼速度と燃焼室内の圧力を結び付ける次の経験曲線に非常によく反応します。
- $$ {t_\mathrm{c} = a\cdot P_\mathrm{c}{}^n} $$
と ：
- t c燃焼速度 (m/s で表す)
- 定数がある
- P c燃焼室内の圧力
- 定数の指数。通常、PCPA の場合は0.3 ～ 0.5 です。
このnの値が 1 未満であることは、PCPA がかなり安全な推進剤であり、燃焼室内の圧力が制御されずに増加した場合でも、その燃焼速度が無限大に発散する傾向がないことを示しています。
スペースシャトルブースターの例
アメリカのスペースシャトルの各ブースターには、およそ次のものが含まれています。
または453.6トンの推進剤。これはブースターの上部が星型で鋳造されており、ブースターの下3分の1に達すると徐々に円筒形になります。ブースターの上部で燃焼が始まり、星型は離陸時に高い推力を提供し、徐々に減少します。シャトルの上昇中。