[AR] Re: Cheap Solids? Amonium Nitrate: catalysis vs sensitization

  • From: "Troy Prideaux" <troy@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx>
  • To: <arocket@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Mon, 30 Jul 2018 09:40:41 +1000

I’ve played with PSAN propellants and have been involved in some academic 
research into them decades ago. Yes, the phase stabilization is a solved issue 
albeit generally with Isp costing modifiers. 

  PSAN propellants are an avenue worth pursuing if you have (a) a cheap and 
plentiful supply of Mg power which you are willing to include into the 
propellant in serious proportions and (b) are satisfied in maintaining a low 
chamber pressure and are satisfied with the specific impulse cost at low 
altitude conditions.

   There have been PSANCP gas generators formulated without metal inclusions 
but not many practical propellants. You generally need that extra energy the 
metal brings along with a AN oxidizer – not only the lowering of your fuel 
average electronegativity, but to also utilise more of AN’s oxygen ie. AN will 
offer about 20% active oxygen to non-metallic fuels, but all of its oxygen to 
highly metalised (particularly Mg) propellants.

  There have been practical PSAN composite propellants developed in the past 
with a lowish portion combination of Mg and Al but generally also require 
combustion catalysts such as a dichromate (Ammonium or Potassium) or a chromite 
(say copper).

  I have seen PSAN propellants successfully operate at high chamber pressures 
before, but they’re a lot more susceptible to issues involving the burn-front 
advancing beyond the propellant surface due to micro porosity or sub optimal 
binder wetting.

   I certainly wouldn’t recommend developing high pressure PSANCPs if you’re 
phase stabilising the AN yourself. It needs to be done professionally with the 
right modifiers.

  Richard Nakka has done some interesting testing with AN propellants without 
needing Mg – he utilised a neoprene binder with a decent percentage of Al – the 
chlorine content in the neoprene helps breakdown Al’s tough oxide coating. The 
downside is a more onerous preparation due to having to dry out the volatile 
binder prior to incorporating with oxidizer.

 

Things I don’t like about AN compared to AP:

 

Needs to be phased stabilised.

Often needs to be run with a lower chamber pressure to achieve reliability.

Needs to be a good enough purity

PITA to process – very dry processing that often needs hydraulic pressing for 
med-high chamber pressure operation.

Difficult to wet properly

Often needs lots of Mg or burn rate catalyst

Generally can’t use Al (an a metallic inclusion) alone as there’s not enough 
energy or Cl- ions to assist with oxide layer penetration.

Hygroscopic

More limited binder options

Sensitive with some metals such as zinc with moisture.

 

Troy.

 

 

From: arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On ;
Behalf Of Ray Rocket (Redacted sender "ar0cketman" for DMARC)
Sent: Saturday, 28 July 2018 6:08 AM
To: Arocket List <arocket@xxxxxxxxxxxxx>
Subject: [AR] Cheap Solids? Amonium Nitrate: catalysis vs sensitization

 

AN shows significant promise to significantly lower the cost of solid 
propulsion.  Phase stabilization is largely a solved problem, particularly if 
long-term storage isn't an issue.  Rather, burning rate seems to be the 
unsolved problem.

 

AN's all-gaseous combustion products bodes well for theoretical performance.  
However, AN formulations have traditionally relied on the addition of 
combustible metals to increase decomposition rate.  This is a relatively costly 
method, so I have been reviewing the literature with respect to catalytically 
improving AN decomposition/combustion rate.  So far, I have seen little on the 
mechanism or how sensitivity may be affected.  

Can anybody here shed light on this matter?

 

Has anybody here worked with a no/low metals AN formulation they'd be willing 
to discuss?

 

Can anybody here point to work addressing the sensitivity vs decomposition rate 
problem?

 

 

 

Many thanks in advance,

 

 

Ray

Other related posts: