Новое топливо для космоса

Теги:космос
 
1 2 3 4 5 6 7

hcube

старожил
★☆
Ну, тут вы сударь не совсем правы... если представить себе пену на основе нанотрубок... она будет и топливом и емкостью одновременно....
Убей в себе зомби!  

RSR13

втянувшийся
Dem_anywhere>А если углерод не сжигать? Т.е. СН4 + О2 -> 2 Н2О + С
Dem_anywhere>Сколько там в результате получится?[»]

Провел анализ химических топлив . Результаты интересны :
Например , УИ кислород+водород = 391 сек. , а УИ твердого топлива ВеН2+О2= 371 сек. , А смамое примечательное , что УИ ВеН2+Н2О2=375 сек , что говорит , о дополнительном взаимодействии воды с металлом.
У метана с кислородом УИ меньше 360 сек. :(( Если углерод не сжигать , то он будет балластом к горючему водороду , но тема интересная !
Однако бериллий - яд , поэтому ему надо искать замену.

Наибольший импульс у фтор+водород = 412 сек. Но ядовитые продукты реакции :)
Просмотрев хим. справочник , я придумал интересные комбинации.
Допустим , у нас есть фтор в качестве окислителя . Тогда самый безопасный продукт реакции будет фторид натрия. Энерговыделение горения натрия во фторе чрезвычайно высокое а молекулярная масса продукта 40 . (это много)
Попробуем вместо чистого натрия взять гидрид натрия , а фтора не более , чем для образования натрийфтор+свободный водород. ( натрий восстанавливает плавиковую кислоту до водорода) Тогда средняя молекулярная масса продуктов получается 27 , это радует !
Как еще уменьшить молекулярную массу продуктов :
Есть недорогое и неядовитое твердое легкоплавкое соединение NaBH4 .
Рассмотрим реакцию со фтором .
NaBH4+F2=2NaF+B+2H2 ( надо подобрать соответствующее кол-во фтора) Известно , что натрий выделяет свободный бор из фторида. При температуре этой реакции , свободный бор не испаряется , что выгодно , а средний молекулярный вес продуктов реакции меньше 14 !

Но что делать с неудобным фтором ?
1. Можно взять соединение CLF3 это агрессивная , но все таки жидкость.
2. Самое удобный вариант (можно использовать даже любителями) , это гексафторид серы SF6. Как известно это широко применяемое в электротехнике вещество (Элегаз) Критическая т-ра кипения = 45 градусов цельсия , при 36 атмосферах. Элегаз совершенно инертное вещество до 700 градусов.
Но жидкий натрий легко отрывает фтор от серы !
3SF6+18NaBH4= 18NaF+16B+B2S3+36H2 (средний молекулярный вес продуктов 15.2 !!!)
В продуктах реакции в идеале нет ядовитых веществ ( в реале немного плавиковой кислоты сероводорода фторида бора , но это доли процента)

Интересно было бы посчитать УИ такого топлива :)

По поводу газообразного кислорода в качестве окислителя - действительно перспективно , для ракет со сгораемым корпусом и для ступеней работающих в верхних слоях атмосферы , где мало сопротивление воздуха.
 
+
-
edit
 

Svoboda

втянувшийся


Temperature of Combustion: 2,200.00 deg K. Isp: 542.00 vac.

Примерно так же Be+H2+O2
I hope the Russians love their children too. ©Sting  
+
-
edit
 

Full-scale

опытный

RSR13> Интересно было бы посчитать УИ такого топлива :)
[»]

Максимальный уи при соотношении 1:2 (NaH/SF6) ISP=141,9

Чуть лучше чем у карамели.
 
RU Георг #12.10.2004 22:20
+
-
edit
 

Георг

новичок
Про парафин не слышал ничего, а вот опилки или мох(сфагнум) с жидким кислородом - отличная взрывчатка, главное это дело поджечь.
Кислород реагирует с маслами при нормальных температурах (следы) возгараются, и далее идёт горение почти всех веществ - металлов, пластиков, резины. Молжет при низкой температуре обходится без возгорания?
 
RU вантох #12.10.2004 23:05
+
-
edit
 

вантох

опытный



специалисты Научно-исследовательского центра имени Эймса (Моффет-Филд, Калифорния) сообщили о проведении успешных испытаний альтернативного топлива для гибридных ракетных двигателей (ГРД), которое позволит увеличить безопасность и уменьшить трудозатраты в эксплуатации по сравнению с существующими твердыми ракетными топливами (ТРТ)*. Оно включает твердое горючее на базе парафина и в принципе может быть использовано в ГРД для перспективных ускорителей системы Space Shuttle.
Поскольку современные горючие для ГРД, такие как резина, полиэтилен и другие, не способны быстро испаряться с поверхности и обеспечить таким образом высокую полноту сгорания и большой расход горючего (а следовательно, и высокоэффективную тягу), до сегодняшнего дня они нашли весьма ограниченное применение. Ракетчики пока не могут создать на их основе жизнеспособный ГРД для космических приложений. Эксперименты, проведенные специалистами Стэнфорда и Эймса, показали, что новое парафиновое горючее может обеспечить в 3 раза больший поверхностный расход по сравнению с существующими топливами ГРД.
«Результаты испытаний NASA обнадеживают. Они показывают, что работа крупномасштабного ГРД будет столь же эффективна, как и опытного изделия в Стэнфорде, – говорит Зиллиак. – Новое топливо может значительно повлиять на космические транспортные системы будущего».
«Гибридный эквивалент твердотопливного стартового ускорителя системы Space Shuttle будет иметь примерно такой же диаметр, но несколько большую длину, – говорит профессор Стэнфордского университета Брайан Кантвелл (Brian Cantwell). – Гибридные ракеты, используя горючее на основе парафина, могут дросселироваться в широком диапазоне, а также выполнять остановку и перезапуск двигателя. Это одна из причин, почему они могут рассматриваться как возможная замена ускорителей шаттла, которые не могут быть отключены после зажигания. Одна из концепций предполагает разработку ускорителя с ГРД, который после отделения от системы Space Shuttle сможет вернуться к месту старта для повторного снаряжения и использования».
Концепция быстрогорящего дешевого топлива на основе парафина была предложена в диссертации доктора Стэнфордского университета Арифа Карабейоглу (Arif Karabeyoglu) и поддержана доктором Дэвидом Альтманом (David Altman), президентом компании Space Propulsion Group Inc., Менло-Парк, Калифорния, и профессором Брайаном Кантвеллом. Преподаватели Стэнфордского университета собираются провести семинар для обсуждения данной технологии среди студентов, которым будет предложено построить небольшую ракету для летных испытаний ГРД.
По материалам NASA. 2003г
Это просто в нынешних условиях такие методы не применяются, но вообще они есть.  
+
-
edit
 

valture

опытный

в принципе парафин наверно можно использовать и в ЖРД - температура плавления у него небольшая а высокие удельная теплоемкость и теплота плавления позволяют сохранять его в расплавленном состоянии при минимальной термоизоляции ....
 

FILAS

втянувшийся

valture>в принципе парафин наверно можно использовать и в ЖРД - температура плавления у него небольшая а высокие удельная теплоемкость и теплота плавления позволяют сохранять его в расплавленном состоянии при минимальной термоизоляции ....[»]

А смысл? Энергетические характеристики как у керосина.
А недостатков:
1.Бак и магистрали нужно греть, чтобы предотвратить выпадение осадка.
2. Низкая теплопроводность не позволяет использовать парафины для охлаждения двигателя. Придется охлаждать окислителем. А это не самое лучшее решение.
3. Не подходит для ТНА замкнутой схемы. Т.е. на экономичные и мощные движки он не подойдет. (если интересно, могу объяснить почему)
Короче, лучше работать с керосином.

А вот для ГРД парафин - то, что надо.
Это сообщение редактировалось 13.10.2004 в 12:12
RU Dem_anywhere #13.10.2004 18:05
+
-
edit
 

Dem_anywhere

аксакал

RSR13>Если углерод не сжигать , то он будет балластом к горючему водороду, но тема интересная !
Вот и я подумал... Потому что -
1) средняя молекулярная масса - 32
2) кислорода надо в два раза меньше - соответственно можно больше топлива взять

А жаль...
 

RSR13

втянувшийся
RSR13>>Если углерод не сжигать , то он будет балластом к горючему водороду, но тема интересная !
Dem_anywhere>Вот и я подумал... Потому что -
Dem_anywhere>1) средняя молекулярная масса - 32
Dem_anywhere>2) кислорода надо в два раза меньше - соответственно можно больше топлива взять
Dem_anywhere>А жаль...[»]

Топливо тоже вес имеет :) Его же возить балластом надо , тем более метан . Это значит теплоизоляция баков , невысокая плотность ...
 

RSR13

втянувшийся
RSR13>> Интересно было бы посчитать УИ такого топлива :)
Full-scale>[»]
Full-scale>Максимальный уи при соотношении 1:2 (NaH/SF6) ISP=141,9
Full-scale>Чуть лучше чем у карамели.[»]

Каюсь прилюдно :)) Не удосужился посчитать теплоту возгонки фторида натрия , а она как раз равна тепловому эффекту сгорания , значит температура выше 1770 град не поднимется :) И Плакали все водородные навороты :(

Тогда для любителей может подойти реакция H2O2+2MgH2=2MgOH+2H2
В силу доступности компонентов и экологичности продуктов :)

Оксид магния возгоняется при 3200 , значит температура будет не выше этого , а вот будет ли она ниже ?

Как известно , что УИ H2O2+BeH2=... 375 сек. (это проверено опытом ракетостроения :))

может быть 2MgOH разложится до МgO +H2

H2O2+4MgH2=4MgO+5H2

Или в продуктах частично останется вода (хотя раскаленный водяной пар прекрасный окислитель для магния)
Кто посчитает УИ ???

средний молек. вес продуктов 19





 
Это сообщение редактировалось 13.10.2004 в 23:22

RSR13

втянувшийся
А вообще из ЖРД и т.п. выжали все возможное :))
Наверное придется до скорости 3 км/с применять забортный воздух как окислитель , от 3х до 6 км\с , забортный воздух как источник тепла от головной ударной волны (кстати на 4х км\с энергосодержание головной ударной волны эквивалентно температуре торможения 7 тысяч К )
Если подмешать к такому ионизированному воздуху водородный выхлоп РД для "охлаждения" струи и увеличения ее массы , то импульс будет очень хорошим :)
Источником водорода и агентом охлаждения воздухозаборника может быть гидразин .
Все это будет работать только в разряженной атмосфере , там сопротивление набегающего потока будет меньше тяги , из за разницы масс входящих и выходящих струй.
 
+
-
edit
 

digger

опытный

Где в Интернете мoжнo нaйти теплoты сгoрaния?
Пoпыткa увеличить УИ вoдoрoдникa. Дoбaвляем к тoпливу метaлл ,нaпример aлюминий. Дoпустим,удельнaя теплoтa сгoрaния увеличивaется(?) , и мaссa прoдуктoв сгoрaния тoже увеличивaется. Знaчит,есть некoе кoличествo метaллa, при кoтoрoм УИ мaксимaлен. Вoзмoжнo, пoлучится выгoднее дaже греть вoдoрoд , не сжигaя егo.
 

FILAS

втянувшийся

digger, 13.10.2004 22:32:36:
Пoпыткa увеличить УИ вoдoрoдникa. Дoбaвляем к тoпливу метaлл ,нaпример aлюминий.
[»]
 


Это называется трехкомпонентный ЖРД. В качестве третьего компонента используются легкие металлы (алюминий, бериллий, литий и т.п.). Легкие металлы подмешиваются к горючему в виде мелкодисперсной пудры. Пример трехкомпонентного топлива: 50% H2 + 50% Be + O2 При этом УИ=5300 м/с. Практически такие ЖРД не используются.
RU Gurov_Andrey #14.10.2004 11:33  @FILAS#14.10.2004 09:19
+
-
edit
 

Gurov_Andrey

новичок
FILAS>Это называется трехкомпонентный ЖРД. В качестве третьего компонента используются легкие металлы (алюминий, бериллий, литий и т.п.). Легкие металлы подмешиваются к горючему в виде мелкодисперсной пудры. Пример трехкомпонентного топлива: 50% H2 + 50% Be + O2 При этом УИ=5300 м/с. Практически такие ЖРД не используются.[»]

Такое определение трехкомпонентного ЖРД наверно не совсем коректно.
Например двигатель на C2H5OH+H2O+O2 cтанет трехкомпонентным.
Или движки на аэрозине50=НГМД+гидразин тоже станут трехкомпонентными.
Трехкомпонентный ЖРД - это такой ЖРД в который по трем разным трубам
подводят три разных компонента топлива.
А когда один из компонентов смешан из двух веществ всетаки такой двигатель
двухкомпонентный.
Так мне кажется.
 

RSR13

втянувшийся
digger>Где в Интернете мoжнo нaйти теплoты сгoрaния?
digger> Пoпыткa увеличить УИ вoдoрoдникa. Дoбaвляем к тoпливу метaлл ,нaпример aлюминий. Дoпустим,удельнaя теплoтa сгoрaния увеличивaется(?) , и мaссa прoдуктoв сгoрaния тoже увеличивaется. Знaчит,есть некoе кoличествo метaллa, при кoтoрoм УИ мaксимaлен. Вoзмoжнo, пoлучится выгoднее дaже греть вoдoрoд , не сжигaя егo.[»]

Теплоту образования элементов на один моль , можно в химическом справочнике посмотреть.

Лучше добавлять гидрид алюминия ALH3 . Он хорошо растворим в органических топливах , аммиаке и водороде. А энергия сгорания алюминия в кислороде около 16 Мдж/кг смеси.

Кстати , посчитал вручную УИ топлива
H2O2+2Mg=2MgO+H2 Получилось 335 секунд , в общем неплохо , для самодельщиков :) К тому же плотность топлива высока , значит корпус можно облегчить :)

Бериллий уникальный элемент по энергии реакции с кислородом или фтором.
энерговыделение на уровне 22 Мдж/кг смеси :) Жаль , что ядовитый и дорогой.


 
+
-
edit
 

Serge77

модератор

RSR13> Интересно было бы посчитать УИ такого топлива :)

Вот с этого бы надо и начинать, тем более после Ракетомодельного, где все давно умеют считать ;^))

Вот программа:

RU Dem_anywhere #14.10.2004 13:48
+
-
edit
 

Dem_anywhere

аксакал

>тем более метан . Это значит теплоизоляция баков , невысокая плотность ...
Да какая там теплоизоляция... у кислорода температура примерно та же...

>А вообще из ЖРД и т.п. выжали все возможное
Ну не всё, но проценты остались...
На самом деле для запуска груза на орбиту надо mv²/2+mgh - т.е. примерно 35МДж/кг - два кило топлива на один запущенный ПН. А реально тратится... :(
 
+
-
edit
 

digger

опытный

Пoчему вaриaнт с гидридoм aлюминия в вoдoрoде не испoльзуется? Если из-зa зaбивaния сoплa, тo пoчему oнo не зaбивaестя в твердoтoпливных двигaтелях нa перхлoрaте и aлюминии?
 

RLAN

старожил

Dem_anywhere>На самом деле для запуска груза на орбиту надо mv²/2+mgh - т.е. примерно 35МДж/кг - два кило топлива на один запущенный ПН. А реально тратится... :([»]


Поэтому надо использовать ПУШКУ :)
 
+
-
edit
 

digger

опытный

Дa, этo стaрик Циoлкoвский винoвaт. Пoэтoму - пушкa , лифт или aнтициoлкoвскaя рaкетa : рaспыление тoпливa в вoздухе или рaзгoн в трубе, нaпoлненнoй тoпливoм.
 
RU Dem_anywhere #15.10.2004 12:33
+
-
edit
 

Dem_anywhere

аксакал

Ну почему? Можно и по Циолковскому - но с раздельными циклами получения энергии и разгона рабочего тела.
Т.е. энергию получаем пусть даже от того же кислорода-водорода, но в топливных элементах, и за счёт неё разгоняем молекулы рабочего тела (воды?) до высокой скорости...
 
+
-
edit
 

valture

опытный

ксожалению удельный вес топливных элементов на сегодняшний день порядка 50Вт\кг - т.е. для наземного старта не подойдет ....
 
RU Full-scale #15.10.2004 13:46  @valture#15.10.2004 12:40
+
-
edit
 

Full-scale

опытный

valture> 50Вт\кг - т.е. для наземного старта не подойдет ....[»]

чтото тут не то, по крайней мере размерность.
 
RU вантох #15.10.2004 14:47
+
-
edit
 

вантох

опытный

Dem_anywhere
энергию получаем пусть даже от того же кислорода-водорода, но в топливных элементах, и за счёт неё разгоняем молекулы рабочего тела (воды?) до высокой скорости.
Не получится - воду после топливных элементов все равно сбрасывать, а она после них не очень горячая :),греть придется электричеством, впрямую в ЖРД температура(она же скорость молекул воды) гораздо выше и без потерь энергии в топливном элементе.
Разве что как источник электроэнергии для наземной установки(эл. пушки), но тут
мощней МГД.
Это просто в нынешних условиях такие методы не применяются, но вообще они есть.  
1 2 3 4 5 6 7

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru