Combustion Characteristics of HTPB/AP/Zr Propellant

Zirconium(Zr) addition to formulation of HTPB/AP propellants, was shown to be less specific impulse than aluminum(Al) by the theoretical calculation because of the lower flame temperature and higher molecular weight of Zr oxide. It was found that the burning rate was faster with the finer size of Zr and the more content of $2{\mu}m$ Zr the faster burning rate is in HTPB/AP/Zr propellants caused by the more conduction energy transfer from Zr flame to the burning surface. Also the burning rate of HTPB/AP/Zr propellant could be reduced by addition of 150nm Al, depending on AP size distribution in formulation with Butacene and $1{\mu}m$ AP.

HTPB/AP/Zr 추진제의 연소 특성

HTPB/AP의 성능을 이론적 계산에 의해 분석한 결과, Zr 함유 추진제는 Al 추진제보다 비추력이 낮은데 그 이유는 화염온도가 낮고, Zr 산화물의 분자량이 크기 때문이었다. HTPB/AP/Zr 추진제에서 Zr의 입도가 작을수록 연소속도가 증가하며, 입도가 작은 $2{\mu}m$ Zr은 함량이 증가할수록 금속화염으로부터 연소표면으로 전달되는 열량이 증가하여 연소 속도가 빨라지는 것으로 나타났다. 150nm 크기의 Al을 HTPB/AP/Zr 추진제에 적용하면 연소 속도가 증가하지만, 연소속도 증진 효과가 매우 좋은 Butacene 및 $1{\mu}m$ AP가 함께 함유된 추진제에서는 AP의 입도 분포의 영향에 의해 nano Al으로 인하여 연소속도가 감소할 수도 있다는 것을 알게 되었다.