Het is misschien moeilijk te geloven, maar sinds ten minste de 13e eeuw worden vaste drijfgassen in raketten gebruikt, beginnend bij de Chinezen. Nutsvoorzieningen, Purdue University-onderzoekers onderzoeken verschillende gepatenteerde technieken om twee belangrijke uitdagingen met moderne vaste drijfgassen aan te pakken:het beheersen van de verbrandingssnelheid en het verbeteren van de algehele prestaties.

De vroegste raketten en wat modelraketten vandaag, buskruit gebruikt. Vaste drijfgassen kunnen gemakkelijk gedurende lange tijd worden opgeslagen en vervolgens op korte termijn worden gelanceerd. Ze worden gebruikt voor veel militaire toepassingen en worden gebruikt als strap-on boosters om het laadvermogen te vergroten voor een breed scala aan lanceertoepassingen.

Purdue-onderzoekers hebben drie gepatenteerde technologieën bedacht om de verbrandingssnelheden te helpen beheersen en ook de prestaties van moderne vaste stuwstoffen te verbeteren. Ze kijken naar ingekapselde katalysatoren, op maat gemaakte metalen brandstoffen en ingebouwde reactieve verbrandingssnelheidsversnellers, of reactieve draden, om deze twee cruciale uitdagingen aan te pakken.

"We hebben creatieve oplossingen ontwikkeld die de prestaties drastisch kunnen verbeteren en de verbrandingssnelheid van vaste drijfgassen beter kunnen beheersen, " zei Steven Zoon, de Alfred J. McAllister hoogleraar Werktuigbouwkunde in Purdue's College of Engineering. "Het afstemmen van een brandsnelheid op een specifiek raketontwerp is belangrijk omdat het de algehele effectiviteit van de raket garandeert."

De eerste Purdue-oplossing is het inkapselen van katalysatoren op nanoschaal in oxidatiemiddelen. Katalysatoren worden toegevoegd aan vaste drijfgassen om de verbrandingssnelheid te regelen, en door ze in te kapselen wordt hun algehele effectiviteit verbeterd en is er minder katalysator nodig, wat zal resulteren in hogere prestaties.

Purdu's tweede technologie omvat de engineering van metaalpoeders, zoals aluminium, die worden gebruikt als brandstof in veel vaste drijfgassen. Het team fabriceerde mechanisch geactiveerde metalen brandstoffen, resulterend in aluminiumdeeltjes op micrometerschaal met nanoschaalstructuren van een tweede materiaal, die de ontsteking en verbranding van de metaalpoeders verbetert, waardoor de verbrandingssnelheid toeneemt en ook de zogenaamde tweefasige stromingsverliezen voor de algehele prestaties kunnen worden verminderd.

De derde oplossing die bij Purdue is gemaakt, richt zich op ingebedde verbrandingssnelheidsversnellers van reactief materiaal. Vaste raketstuwstoffen branden vanaf het oppervlak van een blootgesteld drijfgas in de verbrandingskamer naar buiten. De Purdu-oplossing, ingebedde mechanisch geactiveerde reactieve folies in drijfgassen, is aangetoond dat het de effectieve verbrandingssnelheid van drijfgassen aanzienlijk verhoogt, aangezien de ingebedde folies een nieuw verbrandingsoppervlak openen. Dit zou in eerste instantie een meer drijfgas in de raketmotor mogelijk kunnen maken, wat leidt tot een groter bereik en aanzienlijk verbeterde prestaties.