臺灣博碩士論文加值系統

相對於傳統火箭，混合式火箭（Hybrid rocket）可說為攜帶固體燃料(solid fuel)的液態火箭，或是攜帶液體氧化劑的固態火箭。它具有下列等特點：（1.）便宜：混合式火箭燃料與氧化劑的需求量為液態火箭的1/2，燃料製作費用便宜。（2.）簡單：混合式火箭不需如液態火箭之加壓饋送系統，減少系統複雜性。 （3.）安全：由於固態燃料及液態氧化劑分開儲放等設計，混合式火箭並沒有如液態火箭爆炸的顧慮。此外，它可以隨時關閉氧化劑的供給，使火箭熄火以防意外，此為固態火箭無法比擬的。 （4.）對環境影響低：混合式火箭的固態燃料和液態氧化劑通常是無毒性，且燃燒產物較固態火箭乾淨。由於混合火箭兼具了液態火箭和固態火箭的優點，結構較液態火箭簡單，比推力（specific impulse）較固態火箭高，且燃燒產物又符合環保；混合式火箭近年來逐漸受到重視。
混合火箭燃料退縮率（regression rate）是重要之研究課題，因為燃料的退縮率將影響火箭之燃燒進而影響推力，所以如能對退縮率有深入瞭解，對於混合火箭日後之應用有相當大的助益。HTPB為混合火箭推進劑常用之燃料，由於其本身為透明之濃稠狀液體；因此需藉由固化劑和固化過程（恆溫烘烤），將其做成固態之藥柱以做為混合火箭之固態燃料。
在藥柱固化研究方面，本研究以HTPB（液態）和固化劑IPDI（液態）1.04之當量比，經過混合攪拌（真空抽氣）後，放入烤箱中以恆溫75℃烘烤三天，即可得到實驗用藥柱。依此熟化程序，本研究成功完成內埋熱電偶線之藥片（90x50x20mm）及中空圓管藥柱（內徑50mm,外徑70mm）。
對於藥片氣化特性，本研究係利用TGA（熱重分析）方法測試，結果顯示在300℃時HTPB開始有氣化現象發現，當溫度達500℃左右其重量迅速下降，亦即大量氣化，至約 700℃，所有的HTPB均完成氣化。
本研究在不同流速（3，6，9m/s）之流場中，測試片狀固態HTPB/IPDI燃燒特性，其中並利用觀測窗以瞭解HTPB/IPDI在不同流速流場及含氧量條件下之燃燒情況。為達穩定之燃燒流場，實驗中特於測試藥片前端加一突出片（高度為10及15mm）。另外為測試含氧量對試片氣化燃燒影響，實驗設備亦具注入氧氣功能。在低流速純空氣條件下，藥片內不同位置處溫度達約500C時均顯示氣化現象。在較高含氧量之實驗條件時，燃燒溫度較高，氣化燃燒現象激烈，受幅射熱傳影響，藥片內各溫度量測點顯示之氣化溫度均高於500C。
在氧化劑流量為0.015kg/sec下，本實驗之藥片燃燒退縮率為0.08m/sec，其值與prof.. Kuo之0.06m/sec實驗結果接近。

A curing process of Hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB)solid fuels has been developed in Aerospace Science and Technology Research Center (ASTRC)of National Cheng Kung University. Several thermocouples are prefixed inside the HTPB solid fuel in different locations for regression rate measurement. The pyrolysis characteristics of the cured HTPB fuel have also been obtained by thermogravimetry method. The results show that temperature required for the HTPB vaporization is around 400 degree Celsius, therefore a pebble bed heater facility was utilized for conducting combustion and pyrolysis behavior of HTPB solid fuels burning with GOX. To simulate a hybrid rocket internal ballistic characteristics. The facility can provide the mass flow rate up to 0.5 kg/sec at 400 degree C for 8 minutes. The detail configurations of the testing facility are described in the paper and the preliminary experimental data will be also shown in the discussion.

中文摘要I
ABSTRACTIII
誌謝IV
目錄V
圖表目錄VII
符號說明IX
第一章 緒論1
1-1前言1
1-2文獻回顧2
1-3研究動機與目的5
第二章理論分析7
2-1 熟化7
2-2熱重量分析法8
2-3燃燒退縮率9
第三章實驗設備與儀器10
3-1熟化設備10
3-2熱重分析儀器（TGA）11
3-3燃燒實驗設備12
3-3-1 熱氣源設備13
3-3-2氣源控制設備15
3-3-3實驗管路設備16
3-3-3-1穩流車（控制台車）16
3-3-3-2電加熱設備17
3-3-3-3整流段17
3-3-3-4測試艙17
3-3-3-5旁通18
3-3-3-6點火設備18
3-3-3-7資料擷取系統19
第四章實驗方法與步驟22
4-1熟化實驗22
4-2熱重量分析實驗步驟23
4-3流場點火實驗24
4-3-1火星塞點火實驗24
4-3-2瓦斯點火實驗27
第五章 實驗結果與討論29
5-1熟化實驗29
5-2熱重量（TGA）分析實驗30
5-3流場點火實驗31
5-3-1火星塞點火實驗31
5-3-2駐焰裝置32
5-3-3瓦斯點火實驗32
5-3-3-1流場為純空氣之燃燒實驗33
5-3-3-2添加氧氣之燃燒實驗34
5-3-3-3藥片退縮率（regression rate）35
第六章 結論36
第七章 未來工作38
參考文獻39

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