A Study on the Combustion Characteristics of Composite Solid Propellants at Low Pressure using Vacuum Strand Burner

Vacuum Strand Burner를 이용한 혼합형 고체 추진제의 저압 연소특성 연구

Low pressure combustion characteristics of the composite solid propellants were studied in terms of the propellant burning rate, ignition processes, and the structure of the extinguished surfaces. Optical Vacuum Strand Burner(OVSB) system was designed and configured for this purpose. Burning rates of the propellants were measured at subatmospheric pressure by developed test method in OVSB. The ignition and combustion phenomena of the studied propellants in the combustion chamber of OVSB were recorded and analyzed with the camera and VCR(30 frames/s). Burning surfaces of the propellants were extinguished by rapid depressurization method and analyzed with Scanning Electron Microscope(SEM).

혼합형 고체추진제의 저압하에서의 연소특성을 연소속도측정, 점화 및 정상 연소현상 관찰, 그리고, 소화표면의 구조 관찰의 측면에서 연구하였다. 이를 위하여 OVSB 장치를 제작하였으며, 저압 연소속도 측정기법을 정립하여 혼합형 고체추진제의 저압 연소속도를 측정하였고, OVSB의 연소실에 장착된 창을 통하여 추진제의 점화 및 연소현상을 비디오 카메라를 사용하여 초당 30 장의 속도로 촬영하여 분석하였다. 또한, 급속감압법을 이용하여 얻은 추진제의 소화표면의 구조를 주사전자현미경으로 분석하였다. 시험 대상 추진제들은 대기압 이하(2.0∼15psia)의 저압하에서 압력 지수가 0.6∼0.88로 높은 압력의존성을 보였으며, 추진제에 포함된 금속입자(Al) 함량이 연소속도와 압력 지수에 크게 영향을 주는 것으로 나타났다. 금속함량이 클수록 연소속도가 빨랐으며, 압력 지수는 작았다. 시험대상 추진제들은 2.0psia 부근에서 자체 소화되는 특성을 보였다. 그리고, 연소표면에서의 AP 입자의 분해속도가 바인더의 분해속도 보다 느렸으며, 낮은 압력으로 인해 바인더가 쉽게 기체상태로 승화하는 것으로 판단되었다. Al이 다량 함유된(17.5%) 추진제가 점화성이 우수하였다.