Experimental Study of Polyurethane-Based Fuels with Addition of Paraffin and Aluminum for Hybrid Rocket Motors

Abstract

Experimental investigation was conducted to determine the relative propulsive and combustion behavior of several polyurethane-based solid-fuel formulations containing 30% w/w of paraffin or 10% of aluminum powder. In total, seven solid-fuel formulations were investigated, four containing 30% of paraffin and three with 10% of aluminum. The polyurethane was synthesized with pre-polymer technology. The oxidizer was gaseous oxygen, which was forced into the combustion chamber with axial and swirl methods. Firing tests with 7 configurations were performed. Thrust measurements indicated that the addition of paraffin increased thrust at about 57% and regression rates at about 70%. No relevant improvement in performance was obtained with aluminum addition. Specific impulse decreased when aluminum particles were added to the fuel. The mixture that produced the best ballistic parameters was polyurethane plasticized with castor oil and 30% w/w of paraffin with gaseous oxygen injected through a swirler.

Preparação e caracterização de compósitos à base de polietileno, parafina e nitrato de amônio para aplicação em propulsão hibrida

“…Foram verificadas descrições incompletas ou mesmo inexistentes dos processos utilizados para obter as amostras de compósitos polímeros-parafinas, prejudicando, por um lado, eventuais tentativas de reproduzir os experimentos, e desconsiderando, de outra parte, as possíveis repercussões dos métodos de preparação sobre os resultados obtidos (GALFETTI et al, 2013;GOMES et al, 2013;ISHIGAKI;NAKAGAWA, 2017;KIM et al, 2015;MOON;KIM, 2015;MENGU;KUMAR, 2018;TANG et al, 2017TANG et al, , 2018 ou sobre a saúde humana e o meio-ambiente (MENGU; KUMAR, 2018).…”

“…Este arranjo possibilitou um incremento de 83% na taxa de regressão desta composição relativamente à espuma de poliuretano pura. Os blocos combustíveis, cujo método de preparo não foi descrito, tinham geometria cilíndrica monoperfurada, com diâmetro externo de 6,83 cm, diâmetro inicial da porta de 2 cm e comprimento de 18,5 cm(GOMES et al, 2013).Galfetti et al também avaliaram a utilização do copolímero termoplástico estireno-etileno-butileno-estireno (SEBS na sigla em inglês) como matriz para a impregnação de parafina. Entretanto, a formulação estudada foi um tanto exótica, tendo consistido em uma mistura homogênea de 15% de SEBS, 25% de óleo mineral, 50% de parafina e 10% de querosene (frações em massa).…”