Analysis of Thermal Decomposition of Solid Rocket Propellants

• Autorzy: Cegła Marcin , Zmywaczyk Janusz , Koniorczyk Piotr

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.2115

Warianty tytułu

PL

Analiza rozkładu termicznego stałych paliw rakietowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents results of thermal decomposition analysis of selected solid rocket propellants. Homogeneous propellant PAC and heterogeneous propellant H2 were subjected to simultaneous thermal analysis with the use of NETZSCH STA 2500 Regulus device with five heating rates of 2.5, 5, 7.5, 10 and 15 K/min. The method combines TG, DTG and DTA analytical techniques in a single measurement. The aim of the conducted experiments was to study thermal decomposition of these energetic materials as well as to determine activation energy of the decomposition process and the preconditioning factor from the TG curves. The tested materials properties and chemical composition along with a brief description of the experimental procedure are described. The inverse procedure of calculating the activation energy, based on the Ozawa-Flynn-Wall model is described. Finally, the results of thermal decomposition of two tested solid rocket propellants are presented along with maximum decomposition rates and percentage of mass loss.

PL

W pracy przedstawiono wyniki analizy termicznej dekompozycji wybranych stałych paliw rakietowych. Homogeniczne paliwo rakietowe PAC i heterogeniczne paliwo rakietowe H2 poddano badaniom za pomocą techniki jednoczesnej analizy termicznej przy użyciu urządzenia NETZSCH STA 2500 Regulus, wykorzystując pięć szybkości ogrzewania próbki wynoszących 2,5, 5, 7,5, 10 i 15 K/min. Wspomniana metoda łączy analizy TG, DTG i DTA w jednym pomiarze. Celem eksperymentów było zbadanie rozkładu termicznego tych materiałów energetycznych, a także określenie energii aktywacji procesu rozkładu i współczynnika przedwykładniczego z krzywych TG. Omówiono podstawowe właściwości oraz skład chemiczny badanych stałych paliw rakietowych, warunki prowadzenia eksperymentu oraz opisano procedurę odwrotną obliczania energii aktywacji termicznego rozkładu paliwa na podstawie krzywych TG, dla kilku szybkości ogrzewania próbki. Przedstawiono wyniki analizy termicznego rozkładu dwóch badanych stałych paliw rakietowych wraz z maksymalnymi współczynnikami dekompozycji i procentowym spadkiem masy, a także wyznaczone wartości energii aktywacji ich termicznej dekompozycji. Uzyskane w wyniku badań wyniki są istotne w doborze bezpiecznych warunków magazynowania i eksploatacji silników rakietowych napędzanych paliwem stałym.

Słowa kluczowe

EN

solid rocket propellants; thermal decomposition analysis; activation energy

PL

stałe paliwa rakietowe; analiza rozkładu termicznego; energia aktywacji

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 10, Nr 2 (36)
• Strony: 43--54
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Cegła Marcin

• Military Institute of Armament Technology, Zielonka, Poland

autor

Zmywaczyk Janusz

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics and Aerospace, Warsaw, Poland

autor

Koniorczyk Piotr

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics and Aerospace, Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Rarata Grzegorz, Paweł Surmacz. 2009. „Współczesne stałe rakietowe materiały pędne”. Prace Instytutu Lotnictwa 7 : 112-124.
• [2] Kuo K. Kuan-yun, Ragini Acharya. 2012. Applications of turbulent and multiphase combustions, In Solid propellants and their combustion characteristics, 4-15.Wiley.
• [3] Folly Patrick, Peter Mäder. 2004. “Propellant Chemistry”. Chimia 58 : 374-382.
• [4] Herder G., Frans P. Weterings, W.P.C. Klerk. 2003. “Mechanical analysis on rocket propellants”. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 72 (3) : 921-929.
• [5] Vyazovkin Serggey, Alan K. Burnham, Jose M. Criado, Luis A. Perez-Maqueda, Crisan Popescu, Nicolas . Sbirrazzuoli. 2011. “ICTAC Kinetics Committee recommendations for performing kinetic computations on thermal analysis data”. Thermochimica Acta 520 (1-2) : 1-19.
• [6] Doyle C.D. 1965. “Series approximations to the equation of thermo-gravimetric data”. Nature 207 : 290-291.
• [7] NETZSCH, Manual Thermokinetics ver. 3.1.
• [8] Senum G.I., R.T. Yang. 1977. “Rational approximations of the integral of the Arrhenius function”. Journal of Thermal Analysis 11 (3) : 445-447.
• [9] Moukhina Elena. 2012. “Determination of kinetic mechanisms for reactions measured with thermoanalytical instruments”. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 109 (3) : 1203-1214.
• [10] Musanic M. Sanja, Ivona Fiamengo, Muhamed Suceska. 2010. “Applicability of non-isothermal DSC and Ozawa method for studying kinetics of double base propellant decomposition”. Central European Journal of Energetic Materials 7 (3) : 233-251.

Uwagi

1. Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).

2. This work was supported financially by the European Regional Development Fund under the Operational Programme Innovative Economy 2007-2013, POIG.02.02.00-14-022/09.

3. This work has been compiled from the paper presented during the 12nd International Armament Conference on Scientific Aspects of Armament & Safety Technology, Jachranka, Poland, September 17-20, 2018.