Cellular structures as reinforcing strategy in paraffin-based fuels for HRE: oxidizer, injection and grain scale-up effects

Hybrid rocket engines, an appealing technology gathering significant attention in recent decades, face a hurdle in their integration into the launcher industry due to the inherently low regression rates product of the diffusion-limited combustion nature of hybrid rocket engines. The armored grain, a promising fuel grain concept, exhibits good mechanical properties and superior ballistic performance. This research aims to expand the understanding of the armored grain by investigating its behavior under varied injection schemes, oxidizers, and engine scales. Through an experimental campaign, the regression rate behavior of the armored grain is characterized under different conditions. The results contribute to a comprehensive parametric study, serving as a foundational resource for more in-depth investigations. Furthermore, a numerical tool is introduced to predict the evolution of the fuel grain's internal port regressing surface during combustion. This tool proves effective in forecasting the maximum depth within the regressing surface, aiding fuel grain designers in propulsion engineering decision-making.

I motori a razzo ibridi, una tecnologia interessante che sta riscuotendo una notevole attenzione negli ultimi decenni, incontrano un ostacolo nella loro integrazione nell'industria dei lanciatori a causa dei tassi di regressione intrinsecamente bassi prodotti dalla natura di combustione limitata dalla diffusione dei motori a razzo ibridi. Il grano armato, un concetto promettente di grano combustibile, presenta buone proprietà meccaniche e prestazioni balistiche superiori. Questa ricerca mira ad ampliare la comprensione del grano armato studiando il suo comportamento in presenza di diversi schemi di iniezione, ossidanti e scale del motore. Attraverso una campagna sperimentale, viene caratterizzato il comportamento del tasso di regressione del grano armato in diverse condizioni. I risultati contribuiscono a uno studio parametrico completo, che serve come risorsa di base per indagini più approfondite. Inoltre, viene introdotto uno strumento numerico per prevedere l'evoluzione della superficie di regressione della porta interna del grano di combustibile durante la combustione. Questo strumento si dimostra efficace nel prevedere la profondità massima all'interno della superficie di regressione, aiutando i progettisti di grani di combustibile nel processo decisionale di ingegneria della propulsione.