Det kan vara svårt att tro, men fasta drivmedel har använts i raketer sedan åtminstone 1200-talet, börjar med kineserna. Nu, Forskare vid Purdue University undersöker flera patenterade tekniker för att möta två betydande utmaningar med moderna fasta drivmedel – att kontrollera förbränningshastigheten och förbättra den totala prestandan.

De tidigaste raketerna, och några modellraketer idag, använt krut. Fasta drivmedel kan enkelt lagras under långa perioder och sedan sjösättas med kort varsel. De används för många militära tillämpningar och används som strap-on boosters för att öka nyttolastkapaciteten för ett brett utbud av uppskjutningsapplikationer.

Purdue-forskare har tagit fram tre patenterade teknologier för att hjälpa till att kontrollera förbränningshastigheterna och även förbättra prestandan för moderna fasta drivmedel. De tittar på inkapslade katalysatorer, skräddarsydda metalliska bränslen och inbyggda reaktiva förbränningshastighetsacceleratorer, eller reaktiva ledningar, för att hjälpa till att hantera dessa två kritiska utmaningar.

"Vi har utvecklat kreativa lösningar som drastiskt kan förbättra prestandan och för att bättre kontrollera förbränningshastigheten för fasta drivmedel, sa Steven Son, Alfred J. McAllister professor i maskinteknik vid Purdues College of Engineering. "Att skräddarsy en brinnhastighet till en specifik raketdesign är viktigt eftersom det säkerställer raketens totala effektivitet."

Den första Purdue-lösningen är att kapsla in katalysatorer i nanoskala i oxidationsmedel. Katalysatorer tillsätts till fasta drivmedel för att kontrollera förbränningshastigheten, och genom att kapsla in dem förbättras deras totala effektivitet och mindre katalysator behövs, vilket kommer att resultera i högre prestanda.

Purdues andra teknologi involverar konstruktion av metallpulver, som aluminium, som används som bränsle i många fasta drivmedel. Teamet tillverkade mekaniskt aktiverade metalliska bränslen, vilket resulterar i aluminiumpartiklar i mikrometerskala med strukturer i nanoskala inom partiklar av ett andra material, vilket förbättrar antändningen och förbränningen av metallpulvret som ökar förbränningshastigheten och kan också minska så kallade tvåfasflödesförluster till total prestanda.

Den tredje lösningen som skapats på Purdue fokuserar på inbäddade acceleratorer för brinnhastighet för reaktivt material. Fasta raketdrivmedel brinner från ytan av ett exponerat drivmedel i förbränningskammaren utåt. Purdues lösning, inbäddade mekaniskt aktiverade reaktiva folier i drivmedel, har visat sig avsevärt öka den effektiva förbränningshastigheten för drivmedel när de inbäddade folierna öppnar ny yta för förbränning. Detta skulle kunna möjliggöra ett mer drivmedel i raketmotorn initialt, vilket leder till ökad räckvidd och avsevärt förbättrad prestanda.