Ignition capability of CO2 in hybrid rockets for Mars ascent vehicles

CO2, yakıt olarak karbonun ve oksitleyici olarak oksijenin kombinasyonundan kaynaklanan ̈onemli bir yanma ̈urünudur. CO2 bir yanma ̈ürünü olmasına ragmen sadece metalik tozlarla yanabilir ve bu ̈ozellik CO2'i yanma uygulamaları için ilginç kılmaktadır. Metaller, karbona kıyasla y ̈uksek reaktivite seviyelerine sahiptir, bu nedenle CO2'deki karbon oksijen bağını kırarlar ve ̈onemli miktarda enerji açığa ̧cıkarır. Metal/CO2 yanması bir ̧cok araştırmacı tarafından ̧calışılsa da pratik roket uygulamaları için yeterince de ̆gerlendirilmemi ̧stir. Bu nedenle, bu tez hibrit roket motorlarında CO2'in yanma karakteristiğini anlamayı amaçlamaktadır. Yanmayı gerçekleştirmek için Paraffin/Mg/N2O/CO2 yakıt kombinasyonu kullanılmıştır. ̇Ilk testler laboratuar ̈olçekli hibrit motor kullanılarak yapılmıştır. Ek olarak, CO2'in ateşleme kapasitesini daha iyi anlamak için büyük ̈olçekli motor kullanılmıştır. Katkı maddesi olarak parafin mumu içine mikron boyutlu aluminyum ve magnezyum eklenir. Motor " blowdown " modunda ̧calışan doymuş sıvı halde N2O/CO2 oksitleyici karışımı kullanır. Sonuçlar, magnezyumun aluminyumdan CO2 ile daha iyi yanma ̈ozelliğine sahip olduğunu göstermektedir. Parafin mumunda kütlece 60%Mg için oksitleyici karışımında ağırlıkça yüzde 75% CO2'a kadar maksimum başarılı yanma elde edilir. CO2 kimyasal kineti ği yavaşlatır, bu nedenle adyabatik alev sıcaklığı yanma limiti ̈uzerinde ̈onemli bir role sahiptir. Ate şlemeler, büyük ̈olçekli ateşlemelerde 1600 K'nin altındaki Tflame'da sönmüştür. Parafin/Mg/N2O/CO2 yakıt kombinasyonu, Mars Kalkış Araçları (MAV) için uygun bir adaydır. ̇Itki sistemleri için yerinde CO2ve Mg kullanımı, Dünya'dan getirilmesi gereken kütleyi ̈onemli ̈ölçüde azaltır. Yerinde MAV için yüksek CO2 seviyesi daha verimli görünse de, Dünya'dan getirilmesi gereken minimum kütle 60% CO2 80% Mg itici kombinasyonunda bulunur.