Bonbon à la fusée - Rocket candy

Rocket Candy , ou R-Candy , est un type de propulseur de fusée pour les modèles réduits de fusées fabriqués avec du sucre comme carburant et contenant un oxydant . Le propulseur peut être divisé en trois groupes de composants : le carburant, le comburant et le(s) additif(s). Dans le passé, le saccharose était le plus souvent utilisé comme carburant. Les formulations modernes utilisent le plus souvent le sorbitol pour sa facilité de production. L'oxydant le plus courant est le nitrate de potassium (KNO 3 ). Nitrate de potassiumse trouve le plus souvent dans les essoucheuses ménagères. Les additifs peuvent être de nombreuses substances différentes et agir comme catalyseurs ou améliorer l'esthétique du décollage ou du vol. Une formulation traditionnelle de propulseur de sucre est généralement préparée dans un rapport oxydant/carburant de 65:35 (13:7).

Il existe de nombreuses méthodes différentes pour la préparation d'un propulseur de fusée à base de sucre. La compression à sec ne nécessite pas de chauffage, seulement le broyage des composants puis l'emballage dans le moteur. Cependant, cette méthode n'est pas recommandée pour des expérimentations sérieuses. Le chauffage à sec ne fait pas réellement fondre le KNO 3 , mais il fait fondre le sucre, puis les grains de KNO 3 se retrouvent en suspension dans le sucre.

L'impulsion spécifique, l'impulsion totale et la poussée sont généralement plus faibles pour la même quantité de carburant que les autres carburants composites pour maquettes de fusée, mais le bonbon de fusée est nettement moins cher.

Aux États-Unis, les moteurs de fusée à bonbons sont légaux à fabriquer, mais illégaux à transporter sans permis pour les utilisateurs d'explosifs faibles. Puisqu'ils comptent comme des moteurs amateurs , ils sont généralement lancés lors de lancements de recherche sanctionnés par la Tripoli Rocketry Association qui exigent que les utilisateurs détiennent une certification de niveau 2 de haute puissance de la Tripoli Rocketry Association . Les utilisateurs peuvent également lancer en utilisant ces moteurs en demandant une dispense de vol de la FAA .

Composants

Les bonbons à la fusée peuvent être décomposés en trois grands groupes de composants : les carburants , les oxydants et les additifs. Le carburant est la substance qui brûle, libérant des gaz à expansion rapide qui fournissent une poussée à leur sortie de la buse. L'oxydant fournit de l'oxygène, qui est nécessaire pour le processus de combustion. Les additifs peuvent être des catalyseurs, pour accélérer ou rendre la combustion plus efficace. Cependant, certains additifs sont plus esthétiques et peuvent ajouter des étincelles et des flammes au décollage, ou ajouter de la fumée pour faciliter le suivi de la fusée dans les airs.

Carburants

De nombreux sucres différents peuvent être utilisés comme carburant pour les bonbons à la fusée, notamment le glucose, le fructose et le saccharose ; cependant, le saccharose est le plus courant. Le sorbitol , un alcool de sucre couramment utilisé comme édulcorant dans les aliments, produit un propulseur moins cassant avec une vitesse de combustion plus lente. Cela réduit le risque de fissuration des grains de propergol. Les sucres avec un oxygène à double liaison, tels que le fructose et le glucose, sont moins stables thermiquement et ont tendance à caraméliser lorsqu'ils sont surchauffés, mais ont un point de fusion plus bas pour faciliter la préparation. Les sucres qui n'ont que des groupes alcools, comme le sorbitol, sont beaucoup moins sujets à cette décomposition. Certains autres sucres couramment utilisés comprennent l' érythritol , le xylitol , le lactitol , le maltitol ou le mannitol .

Oxydants

L'oxydant le plus souvent utilisé dans la préparation des moteurs à sucre est le nitrate de potassium (KNO 3 ). D'autres oxydants peuvent également être utilisés, tels que les nitrates de sodium et de calcium ainsi que des mélanges de nitrate de sodium et de potassium. KNO 3 peut être acquis en achetant un "souchet" granulaire dans les magasins qui vendent des fournitures de jardin. D'autres oxydants rarement utilisés sont le perchlorate d'ammonium et de potassium.

Deux problèmes principaux doivent être résolus en ce qui concerne l'oxydant si l'on utilise du nitrate de potassium. Le problème le plus important est la pureté du matériau. Si un matériau acheté ne fonctionne pas de manière satisfaisante, il peut être nécessaire de recristalliser le KNO 3 . Le deuxième problème important concernant la partie oxydante d'un propulseur est sa taille de particule. La plupart des fabricants de propergol préfèrent leur broyage KNO 3 à une petite taille de particule, telle que 100 mesh (environ 150 m) ou moins. Cela peut être fait à l'aide d'un moulin à café. Les gobelets à pierre peuvent également être utilisés pour broyer en une poudre bien mélangée à grains fins.

Additifs

A gauche est l'échantillon du mélange de base, à droite contient 1% d'oxyde de fer rouge ajouté

Des additifs sont souvent ajoutés aux propulseurs de fusée pour modifier leurs propriétés de combustion. De tels additifs peuvent être utilisés pour augmenter ou diminuer la vitesse de combustion du propulseur. Certains sont utilisés pour modifier la couleur de la flamme ou de la fumée produite. Ils peuvent également être utilisés pour modifier une certaine propriété physique du propulseur lui-même, comme des plastifiants ou des tensioactifs pour faciliter le coulage de la formulation. Il existe de nombreux types d'additifs expérimentaux; ceux énumérés ici ne sont que les plus couramment utilisés.

Les oxydes métalliques se sont avérés augmenter la vitesse de combustion des propulseurs de sucre. De tels additifs se sont avérés fonctionner le mieux à des niveaux de 1 à 5 pour cent. Les oxydes de fer sont le plus souvent utilisés. L'oxyde de fer rouge est le plus souvent utilisé car il est un peu plus facile à obtenir que les versions jaune , brune ou noire . L'oxyde de fer brun présente des propriétés d'accélération de la vitesse de combustion inhabituelles sous pression.

Le carbone sous forme de charbon de bois, de noir de carbone, de graphite, etc., peut être et est parfois utilisé comme combustible dans les formulations de sucre. Le plus souvent, cependant, une petite quantité de carbone est utilisée comme opacifiant, créant une traînée de fumée visible. Le carbone agit comme un dissipateur thermique, gardant une partie de la chaleur de combustion localisée dans le propulseur plutôt que de la transférer rapidement vers le carter du moteur.

Si des combustibles métalliques tels que l'aluminium ou le magnésium sont utilisés dans une formulation de sucre, un danger existe si des traces d'acides sont trouvées dans l'oxydant. Les matériaux acides peuvent réagir facilement avec le métal, produisant de l'hydrogène et de la chaleur, une combinaison dangereuse. L'ajout de bases faibles aide à neutraliser ces matières acides, réduisant considérablement leur danger.

Des flocons ou éponges métalliques de titane (environ 20 mesh) sont souvent ajoutés aux formulations de sucre à des niveaux de 5 à 10 % afin de produire une flamme étincelante et de la fumée au décollage.

Les tensioactifs sont utilisés pour réduire la viscosité de fusion des propulseurs de sucre. Par exemple, le propylène glycol aide à réduire la viscosité à l'état fondu des propulseurs à base de saccharose.

Formules

Une formulation typique de propulseur de sucre est typiquement préparée dans un rapport oxydant/carburant de 13:7 (rapport pondéral). Cependant, cette formulation est légèrement riche en carburant et peut varier jusqu'à 10 %. Il existe de nombreuses formulations possibles qui permettront le vol en fusée amateur.

Préparation

Il existe un certain nombre de méthodes différentes pour préparer un propulseur de fusée à base de sucre. Ces méthodes comprennent la compression à sec, le chauffage à sec, la dissolution et le chauffage. Les deux dernières méthodes impliquent le chauffage du propulseur.

En compression à sec, le sucre et le nitrate de potassium sont broyés individuellement aussi finement que possible, puis mélangés dans un broyeur à boulets ou à tambour pour assurer un mélange uniforme des composants. Ce mélange est ensuite comprimé dans le tube du moteur, similaire à la méthode pour emballer de la poudre noire dans un fusil à chargement par la bouche. Cependant, cette méthode est rarement utilisée pour des expériences sérieuses, et des considérations de sécurité prudentes doivent être prises avant de décider d'employer cette méthode. Il existe un risque important d'auto-inflammation lors du mélange, ce qui pourrait entraîner des blessures graves.

Une autre méthode plus courante et plus sûre de préparation d'un propulseur de fusée à base de sucre est le chauffage à sec. Tout d'abord, le nitrate de potassium est broyé ou broyé en une poudre fine, puis soigneusement mélangé avec du sucre en poudre qui est ensuite chauffé. Cette méthode ne fait pas réellement fondre le nitrate de potassium, car la température de fusion du KNO 3 est de 323 °C (613 °F), mais elle fait fondre le sucre et enrobe les grains de KNO 3 avec le sucre fondu. Le processus de fusion doit être effectué à l'aide d'un dissipateur de chaleur , afin d'éviter de créer des points chauds d'auto-inflammation.

James Yawn préconise la méthode de dissolution et de chauffage. La dissolution et le chauffage du propulseur dissolvent en fait les deux éléments du propulseur et les combinent. Tout d'abord, le KNO 3 et le sucre sont placés dans une casserole ou une casserole. Ensuite, juste assez d'eau est ajoutée pour pouvoir dissoudre complètement le KNO 3 et le sucre. Le mélange est ensuite chauffé et porté à ébullition jusqu'à évaporation de l'eau. Le mélange passera par plusieurs étapes : d'abord bouillir, puis bouillonner et cracher, puis il deviendra une consistance onctueuse et crémeuse. Il y a plusieurs avantages à dissoudre le sucre et le KNO 3 dans l'eau avant de chauffer. Un avantage est que le KNO 3 et le sucre n'ont pas besoin d'être finement réduits en poudre, car ils finissent tous les deux par se dissoudre complètement. Cette méthode de préparation fait également en sorte que le propulseur résultant résiste à la caramélisation dans le pot, ce qui donne plus de temps pour l'emballer dans les moteurs.

Performance

Les propergols à base de sucre ont un I sp ( impulsion spécifique ) moyen compris entre 115 et 130 secondes. Comparez cela à la moyenne I sp d'un APCP ( propulseur composite de perchlorate d'ammonium ), qui est de 180 à 260 secondes. Les propulseurs à base de sorbitol et de KNO 3 avec un rapport typique de 35:65 sont capables d'une I sp comprise entre 110 et 125 secondes. Cependant, les fusées à sorbitol et KNO 3 avec additifs ont été enregistrées comme ayant des impulsions spécifiques allant jusqu'à 128 secondes.

Les propulseurs de fusée à base de xylitol et de KNO 3 sont capables d'une impulsion spécifique d'environ 100 secondes. Ceux-ci ont une vitesse de combustion non confinée d'environ 1,3 mm/s. Dans l'ensemble, les fusées à sucre peuvent assez bien rivaliser.

Les carburants à base de dextrose et de KNO 3 sont capables d'une I sp de 137 secondes.

Applications

Mélange de grains de base de sorbitol BATES

Le bonbon fusée est aussi parfois connu sous le nom de "bonbon au caramel", un terme qui a été popularisé par Bertrand R. Brinley , dans son livre pionnier sur les fusées amateurs , Rocket Manual for Amateurs , publié en 1960. Ce propulseur a été utilisé dans certaines des fusées amateurs. décrit par Homer Hickam dans ses mémoires à succès Rocket Boys .

Le bonbon de fusée a également été utilisé dans une petite fusée amateur décrite par le lieutenant-colonel Charles M. Parkin dans un long article d' Electronics Illustrated qui s'est poursuivi sur plusieurs numéros, à partir de juillet 1958. Parkin a décrit comment préparer le mélange propulseur en utilisant une friteuse électrique. casserole comme source de chaleur pour l'opération de fusion. Cet article a été réimprimé dans le livre de Parkin, The Rocket Handbook for Amateurs , qui a été publié en 1959. L'article de Parkin a contribué à la popularité croissante du propulseur de fusée parmi les groupes de fusées amateurs à partir de la fin des années 1950 et du début des années 1960.

Les roquettes alimentées au sucre ont été utilisées comme armes de guerre brutes, comme lors des attaques contre Israël par le Hamas en 2000-2003.

Le programme Sugar Shot to Space a été formé dans le but de « lancer une fusée propulsée par un « sucre propulseur » dans l'espace » équivalant à 100 kilomètres (62 mi) d'altitude. La fusée Double Sugar Shot atteindra 33 kilomètres (21 mi), soit un tiers de l'altitude de l'objectif. La première fusée Mini Sugar Shot , un prototype de la fusée Extreme Sugar Shot , a atteint une altitude de 4 kilomètres (2,5 mi) avant qu'un dysfonctionnement catastrophique du moteur ne se produise ; le contact avec la deuxième fusée Mini Sugar Shot a été perdu à une altitude de près de 6 kilomètres (3,7 mi) dépassant Mach 1. La fusée Extreme Sugar Shot , la fusée censée atteindre l'objectif d'entrer dans l'espace, n'a pas encore été achevée .

Voir également

Les références

Liens externes

* JTRocketmen