Les bonbons-fusées peuvent être décomposés en trois grands groupes de composants : les combustibles, les oxydants et les additifs. Le carburant est la substance qui brûle, libérant des gaz en expansion rapide qui fournissent une poussée lorsqu’ils sortent de la buse. L’oxydant fournit l’oxygène nécessaire au 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.
CombustiblesEdit
Plusieurs sucres différents peuvent être utilisés comme combustible pour les bonbons-fusées, 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 l’alimentation, produit un propergol moins cassant avec une vitesse de combustion plus lente. Cela réduit le risque de fissuration des grains de propergol. Les sucres comportant un oxygène à double liaison, comme le fructose et le glucose, sont moins stables thermiquement et ont tendance à caraméliser lorsqu’ils sont surchauffés, mais leur point de fusion est plus bas pour faciliter la préparation. Les sucres qui ne possèdent que des groupes alcooliques, comme le sorbitol, sont beaucoup moins enclins à cette décomposition. Certains autres sucres couramment utilisés comprennent l’érythritol, le xylitol, le lactitol, le maltitol ou le mannitol.
OxydantsModifié
L’oxydant le plus souvent utilisé dans la préparation des moteurs à sucre est le nitrate de potassium (KNO3). D’autres oxydants peuvent également être utilisés, comme les nitrates de sodium et de calcium ainsi que les mélanges de nitrate de sodium et de potassium. On peut se procurer du KNO3 en achetant un « dessoucheur » en granulés dans les magasins d’articles de jardinage. D’autres oxydants rarement utilisés sont l’ammonium et le perchlorate de potassium.
Deux questions principales doivent être abordées en ce qui concerne l’oxydant si l’on utilise le nitrate de potassium. La question la plus importante est la pureté du matériau. Si un matériau acheté ne donne pas satisfaction, il peut être nécessaire de recristalliser le KNO3. La deuxième question importante concernant la partie oxydante d’un propergol est la taille de ses particules. La plupart des fabricants de propergols préfèrent que leur KNO3 soit broyé à une petite taille de particule, comme 100 mesh (environ 150 μm) ou moins. Cela peut être fait à l’aide d’un moulin à café. Des percuteurs peuvent également être utilisés pour broyer en une poudre à grain fin bien mélangée.
AdditifsEdit
Des additifs sont souvent ajoutés aux propergols de fusée pour modifier leurs propriétés de combustion. Ces additifs peuvent être utilisés pour augmenter ou diminuer la vitesse de combustion du propergol. 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 propergol lui-même, comme des plastifiants ou des tensioactifs pour faciliter le coulage de la formulation. Il existe de nombreux types d’additifs expérimentaux ; ceux qui sont énumérés ici ne sont que les plus couramment utilisés.
On a constaté que les oxydes métalliques augmentaient la vitesse de combustion des propulseurs à sucre. Ces additifs se sont avérés fonctionner au mieux à des niveaux de 1 à 5 pour cent. Les oxydes de fer sont les 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 jaunes, brunes ou noires. L’oxyde de fer brun présente des propriétés inhabituelles d’accélération de la vitesse de combustion 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, produisant une traînée de fumée visible. Le carbone agit comme un puits de chaleur, gardant une partie de la chaleur de la combustion située dans le propergol plutôt que de la voir transférée rapidement à l’enveloppe 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 matières 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 grandement leur danger.
Les paillettes ou l’éponge de métal de titane (d’une taille d’environ 20 mesh) sont souvent ajoutées aux formulations de sucre à des niveaux de 5 à 10% afin de produire une flamme étincelante et de la fumée lors du décollage.
Les surfactants sont utilisés pour réduire la viscosité de fusion des propulseurs de sucre. Par exemple, le propylène glycol permet de réduire la viscosité de fusion des propulseurs à base de saccharose.
FormulationsEdit
Une formulation typique de propulseur à sucre est généralement préparée dans un rapport oxydant/carburant (rapport pondéral) de 13:7. Cependant, cette formulation est légèrement riche en carburant, et peut varier jusqu’à 10%. Il existe de nombreuses formulations possibles qui permettront de voler en fusée amateur.