chapter
Rocket Propulsion
Pages 16

Dimethylhydrazine  (UDMH)  (CH3)2N-NH2  60.1  789 (1.531) 

Ethyl Alcohol  C2H5OH  46.07  810 (1.572) 

Fluorine (Lq)  F2  38  1509 (2.928) 

Hydrazine  N2H4  32.05  1010 (1.959) 

Hydrogen (Lq)  H2  2.016  71 (0.138) 

Hydrogen Peroxide  H2O2  34.02  1414 (2.744) 

Methane (Lq)  CH4  16.04  423 (0.821) 

Monomethyl Hydrazine  (MMH)  CH3NH-NH2  46.08  878 (1.704) 

Nitrogen Tetroxide  N2O4  92.02  1440 (2.794) 

Oxygen (Lq)  O2  32  1142 (2.216) 

Pentaborane  B5H9  63.12  610 (1.184) 

RP-1  CnH1.953n  ≈175  ≈ 810 (1.572)     

______________________________________________________________________

Theoretical Liquid-Propellant Fuel and  Oxidizer Table    For Optimal Expansion from Pc = 6895 kPa (68.05 atm) to Sea Level  Conditions of 101.325 KPa  (1 atm) and [vacuum conditions]   

Oxidizer  Fuel  ࢓ሶ ࢕࢞࢓ሶ ࢌ࢛ࢋ࢒  ࡵ࢙࢖  ࢉכ 

࢓ ࢙ ൬

ࢌ࢚ ࢙ ൰ 

   

Hydrogen (Lq)  (H2) 

4.13  [4.83] 

389  [455] 

2416 (7927)  [2386 (7828)] 

  Methane (Lq)  (CH4) 

3.21  [3.45] 

310  [369] 

1857 (6091)  [1838 (6030)] 

Oxygen (Lq)  (O2) 

Methane (Lq)  /Hydrogen (Lq) 

(CH4 / H2)  Mix: 92.6/7.4 

3.36  [3.63] 

319  [380] 

1920 (6298)  [1897 (6224)] 

  RP-1  2.58 

[2.77]  300  [358] 

1799 (5902)  [1783 (5850)] 

  Hydrazine  (N2H4) 

0.92  [0.98] 

313  [353] 

1892 (6207)  [1878 (6162)] 

  Pentaborane  (B5H9) 

2.12  [2.16] 

319  [384] 

1895 (6218)  [1894 (6215)] 

  Hydrogen  (H2) 

7.94  [9.74] 

412  [479] 

2556 (8385)  [2530 (8301)] 

  Methane (Lq)  (CH4) 

4.53  [4.74] 

348  [416] 

2068 (6786)  [2064 (6773)] 

Fluorine (Lq)  (F2) 

MMH  (CH3NH-NH2) 

2.39  [2.47] 

348  [415] 

2063 (6769)  [1987 (6520)] 

  Hydrazine  (N2H4) 

2.32  [2.37] 

365  [430] 

2219 (7281)  [2122 (6963)] 

  Pentaborane  (B5H9) 

5.14  [5.58] 

357  [428] 

2147 (7045)  [2140 (7020)] 

______________________________________________________________________

Theoretical Liquid-Propellant Fuel and  Oxidizer Table (cont.)    For Optimal Expansion from Pc = 6895 kPa (68.05 atm) to Sea Level  Conditions of 101.325 KPa  (1 atm) and [vacuum conditions]   

Oxidizer  Fuel  ࢓ሶ ࢕࢞࢓ሶ ࢌ࢛ࢋ࢒  ࡵ࢙࢖  ࢉכ 

࢓ ࢙ ൬

ࢌ࢚ ࢙ ൰ 

Fluorine (Lq)  /Oxygen (Lq) 

Hydrogen (Lq)  (H2) 

4.8  [5.7] 

395  [461] 

2453 (8049)  [2417 (7930)] 

(F2) / (O2)  Mix: 30/70  RP-1 

3.01  [3.3] 

317  [377] 

1908 (6260)  [1889 (6198)] 

Fluorine (Lq)  /Oxygen (Lq)  (F2) / (O2)  Mix: 70/30 

RP-1  3.84  [3.84] 

345  [404] 

2106 (6910)  [2104 (6904)] 

Fluorine (Lq)  /Oxygen (Lq)  (F2)/ (O2) 

Mix: 87.8/12.2 

MMH  (CH3NH-NH2) 

2.82  [2.83] 

360  [423] 

2191 (7188)  [2186 (7172)] 

  MMH  (CH3NH-NH2) 

2.17  [2.37] 

289  [342] 

1745 (5726)  [1724 (5657)] 

Nitrogen  Tetroxide 

Hydrazine  (N2H4) 

1.36  [1.42] 

292  [344] 

1781 (5843)  [1770 (5808)] 

(N2O4)  Hydrazine  /UDMH  (N2H4) / 

 ((CH3)2N-NH2)  Mix: 50/50 

1.98  [2.15] 

289  [342] 

1747 (5731)  [1731 (5679)] 

  Pentaborane  (B5H9) 

3.18  [3.26] 

299  [359] 

1782 (5848)  [1781 (5842)] 

______________________________________________________________________

Theoretical Liquid-Propellant Fuel and  Oxidizer Table (cont.)    For Optimal Expansion from Pc = 6895 kPa (68.05 atm) to Sea Level  Conditions of 101.325 KPa  (1 atm) and [vacuum conditions]   

Oxidizer  Fuel  ࢓ሶ ࢕࢞࢓ሶ ࢌ࢛ࢋ࢒  ࡵ࢙࢖  ࢉכ 

࢓ ࢙ ൬

ࢌ࢚ ࢙ ൰ 

  MMH 

(CH3NH-NH2)  3.46  [3.69] 

285  [337] 

1726 (5663)  [1714 (5623)] 

Hydrogen  Peroxide  (H2O2) 

Hydrazine  (N2H4) 

2.05  [2.12] 

287  [338] 

1751 (5745)  [1744 (5723)] 

  Pentaborane 

(B5H9)  2.2 

[2.09]  308  [372] 

1828 (5996)  [1817 (5961)] 

(Data  in  tables  on  pages  304-306  are  from  Reference  19  with  permission of the American Institute of Aeronautics and Astronautics) 

   

Mass and Volume of Fuel and Oxidizer    ݉௙௨௘௟ ൌ ݉௣௥௢௣൬1 ൅ ሶ݉ ௢௫ሶ݉ ௙௨௘௟൰

݉௢௫ ൌ ݉௣௥௢௣ ቆ൬ ሶ݉ ௢௫ሶ݉ ௙௨௘௟൰

ିଵ ൅ 1ቇ

 

  ௙ܸ௨௘௟ ൌ ݉௙௨௘௟ߩ௙௨௘௟ ைܸ௫ ൌ

݉ை௫ ߩை௫  

______________________________________________________________________

  Throat Area (cross section) 

ܣ௧ ൌ ݉௣௥௢௣ · ܿ כ

ݐ௕ · ݌௖    

Propellant Burn Rate  ݎ௕ ൌ ܽ כ ሺ݌௖ሻ௡ 

  Web Loss  ܹ ൌ ݎ௕ · ∆ݐ 

  Mass Flow Rate through Throat Area 

ሶ݉ ൌ ݌௖ · ܣ௧ܿכ ൌ 2 · ߨ · ݎ · ܮ௣ · ܹ · ߩ

∆ݐ    

Burning Surface Area 

ܣ௕ ൌ ݌௖ · ܣ௧ܿכ · ݎ௕ · ߩ 

  Chamber Pressure 

݌௖ ൌ ൬ܽ · ߩ · ܣ௕ · ܿ כ

______________________________________________________________________

End Grain  (Neutral Burn) 

Internal Burning Tube  (Progressive Burn) 

Rod and Tube  (Neutral Burn) 

Slotted Tube  (Neutral Burn) 

Multiple Perforations (Neutral Burn) 

Internal Burning Star  (Neutral Burn) 

Double Anchor  (Regressive Burn) 

Cruciform  (Regressive Burn) 

______________________________________________________________________

Regressive Burns 

______________________________________________________________________

  Fo r O

pt im

al  Ex

pa ns io n f

ro m  68

95  kP

a ( 68

.0 5 a

tm ) to

 Se a L

ev el  Co

nd it io ns

 of  10

1. 32

5 K Pa

  (1  at

m ) 

M et al

 Ad di ti ve : A

lu m in um

 (u nl es s o

th er w is e s

ta te d) ,    

        O

xi di ze r:  Am

m on

iu m

 Pe rc hl or at e   

       

Bi nd

er  

Fl am

e  Te m pe

ra tu re

K ( o R ) 

Pe rc en

t   M et al

  Co

nt en

t (% )

D en

si ty

  ࢑ࢍ ࢓૜

൬࢙ ࢒࢛

ࢍ ࢌ࢚૜

൰   Is p 

(s ec on

ds )

Bu rn

 Ra te

  ࢓࢓ ࢙

൬࢏࢔ ࢙ ൰  

Pr es su re

E

Ca rb ox y-t

er m in at ed

 Po ly bu

ta di en

e  (C TP B)  

34 22

 (6 16

0)  

17  

17 72

 (3 .4 4)  2

60  ‐ 2

65 11

.3 03

  (0 .4 45

Ca

rb ox y-t

er m in at ed

 Po ly bu

ta di en

e  (C TP B)  

(M et al : B

er yl liu m ) 

34 78

 (6 26

0)  

11  

16 61

 (3 .2 2)  2

75  ‐ 2

80 9. 65

2 ( 0. 38

) 0. 33

 

Po ly bu

ta di en

e A cr yl on

itr ile

 (P BA

N ) 

34 78

 (6 26

0)  

15  

17 72

 (3 .4 4)  2

60  ‐ 2

63 13

.9 7 (

0. 55

)

Po

ly su lfi de

 (P S)  

30 33

 (5 46

0)  

2  17

16  (3

.3 3)  2

40  ‐ 2

50 7. 87

 (0 .3 1)  

Po

ly su lfi de

 (P S)      

   (M

et al : ‐‐

‐)  28

66  (5

16 0)  

0  17

16  (3

.3 3)  2

30  ‐ 2

40 8. 89

 (0 .3 5)  

Po

ly ur et ha ne

   (P U ) 

34 22

 (6 16

0)  

15  

17 72

 (3 .4 4)  2

60  ‐ 2

65 6. 98

5  (0 .2 75

Po

ly ur et ha ne

 (P U )    

    (M

et al : B

er yl liu m ) 

34 78

 (6 26

0)  

14  

16 61

 (3 .2 2)  2

75  ‐ 2

80 7. 23

9  (0 .2 85

Po

ly vi ny l Ch

lo ri de

 (P VC

)         

(M et al : ‐‐

‐)  28

11  (5

06 0)  

0  16

88  (3

.2 8)  2

30  ‐2

40 11

.1 76

  (0 .4 4)  

(D at a a

da pt ed

 fro m  Re

fe re nc e 2

7)  

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________