Твёрдые ракетные топлива XX

Serge77> Разницы нет или она малозаметна.

Ясно.
В детстве, когда "взрослые" ракеты делались на НА, а не на ПХА, читал про "1% бихромата аммония".
И битум в качестве связки!

Xan> В детстве, когда "взрослые" ракеты делались на НА

Точно на НА? Откуда данные?

НА с битумом у меня горел хуже всех связок, точнее вообще не горел.

Serge77> Точно на НА? Откуда данные?

Это примерно 1966 год, знакомый школьник по кличке "Химик Главный" делал.
Подробностей не помню.
А взял он это из серьёзной книжке по ракетам.

Наверное, это был один из возможных вариантов топлива, а не конкретно применяемое. Врядли в то время писали, что именно и где применяется!

---

ЗЫ
Сокласник попал в ракетные войска, которые в шахтах. В учебку.
На первом же занятии он поинтересовался: "А какое в ракетах топливо? Азотный тетроксид и несимметричный диметилгидразин?"
Из книжек, что мы в детстве читали, очевидно, что там другого быть и не может.
Но у офицера фуражка встала дыбом, глаза выпучились, и он потащил сокласника к полковому чекисту.
А тот стал пытать "Кто тебя подговорил выведывать Страшные Военные Тайны?"
Еле отбрехался, что "Про это во всех книжках написано."

А могли бы и расстрелять!!!

Xan> Это примерно 1966 год, знакомый школьник по кличке "Химик Главный" делал.

Понятно ;^))
Думаю, он просто решил заменить ПХК на НА в известном тогда составе ПХК-битум.

Составы в книжках печатались, только конечно американские ;^))

Serge77> Думаю, он просто решил заменить ПХК на НА в известном тогда составе ПХК-битум.

Ну, возможно.
У меня в памяти отложилось, что состав из книжки.
Производство перхлоратов разгоралось примерно с 1958 года, до этого ракетчики могли использовать только селитру. Ну и книжки, как всегда, отстают на несколько лет.

В книжке 1973 года про битум уже ничего не говорят, только про синтетику всякую.
Ну и селитру ругают при сравнении с ПХА.

Serge77> У меня с 15% эпоксидки была скорость 0.7 мм/с.

На самом деле эпоксидки было 20%. Вот несколько составов с бихроматом:

75 НА
5 K2Cr2O7
20 эпоксид
0.7 мм/с

70 НА
5 K2Cr2O7
5 С
20 эпоксид
0.85 мм/с

60 НА
5 K2Cr2O7
5 С
10 KNO3
20 эпоксид
1.12 мм/с

Во всех случаях все твёрдые компоненты смешивались упариванием.
Эпоксид ЭД20, отвердитель диэтилентриамин (ДЭТА).

Довольно приличная разница.

С аминными отвердителями у меня не получалось достаточно прочное топливо.

Вообще довольно интересное топливо, можно получить малую скорость горения в двигателе.
Жаль что хвоста огненного нет.

AndreyV> Жаль что хвоста огненного нет.

С нитратом натрия ещё не пробовал? Ещё можно угля добавить, вместе с натрием, тоже добавит пламени. Только обязательно упариванием, иначе уголь впитывает эпоксидку и сильно загущает.

Вспомнил, что 1,5 года назад делал с 3% НН, пламени так же не было.
Буду испытывать
74 НА (97% НА + 3% Бихромат калия)/3 Mg/3 НН/20 Эпоксидка
75 НА (97% НА + 3% Бихромат калия)/5 НН/20 Эпоксидка

С углем не хочется возиться. Была мысль что-то типа 65 - 70 НА (97% НА + 3% Бихромат калия)/5 - 10 НН/25 Эпоксидка. Может еще больше эпоксидки?
В выхлопе больше углерода и водорода, может все-таки будет свечение.
Или здесь проблема в малой температуре выхлопа? 1200 К, против 1900 К аналогичного состава, только с ПХА?

AndreyV> С углем не хочется возиться.

Почему? Я использую аптечный уголь в таблетках, не размалываю, он сам рассыпается в воде, когда упариваю.

AndreyV> Может еще больше эпоксидки?

Может, кто его знает. Сажи может и больше, но ведь и температура понижается.

AndreyV> Или здесь проблема в малой температуре выхлопа? 1200 К, против 1900 К аналогичного состава, только с ПХА?

Натрий прекрасно светится в пламени обычной газовой горелки, а там градусов 600-800 всего. Наверно выхлоп очень быстро остывает за счёт расширения газов. Может если двигатель сделать побольше, то и пламя появится.

Вообще здесь много непонятного. Почему натриевая карамель на воздухе горит с большим ярким факелом, а в двигателе - ничего?

Просто сейчас мне не очень удобно заниматься упариванием. А почему именно уголь, а не эпоксидка? Больше сажи?

Уголь ускоряет горение, может давать искры. Ну а искры - это почти пламя ;^))

Serge77> Вообще здесь много непонятного. Почему натриевая карамель на воздухе горит с большим ярким факелом, а в двигателе - ничего?
Серж, я думаю, и в двигателе она прекрасно светится, только нутро не видно. А факел слишком холодный.
В пламени обычной газовой горелки температура за тыщу градусов, к слову.

Serge77> Вообще здесь много непонятного. Почему натриевая карамель на воздухе горит с большим ярким факелом, а в двигателе - ничего?

Есть одна простая зависимость верная для всех веществ: чем выше их температура, тем выше излучаемое ими свечение.

Пламя на воздухе сильно турбулентно по сравнению с выхлопом из двигателя. Это может вызвать повышение температуры в некоторых его зонах в два раза и более по сравнению с плавно истекающей струёй.

Вот картинка, на которой хорошо видно как в одном выхлопе сочетается плавная струя газа, выходящая из корпуса, и разрозненное пламя на множество языков. Струя почти не светиться, а колышущийся газ наоборот ярко жёлтый.

Под давлением в двигателе струя может стать немного ярче из-за более высокого давления=>температуры в КС, но скорость её сильно увеличиться. И зона турбулентности сильно удалиться от двигателя. А там уже общая температура струи сильно упадёт от значительно большего притока холодного окружающего воздуха. Поэтому такая светящаяся зона турбулентности у работающего на режиме двигателя в струе может отсутствовать полностью.

pokos> В пламени обычной газовой горелки температура за тыщу градусов, к слову.

Это в самом горячем месте. А обычная поваренная соль окрашивает пламя не только там, но и по всему объёму факела, точнее факел даже становится больше. Попробуй сам на кухонной плите, если у тебя газовая.

А вот вчера по Эксплореру проскочил сюжет старта транспортного самолета с ракетными ускорителями. Высота над уровнем моря 3000м. Восемь ракет диаметром около 300 мм и длиной до метра. Красивый факел начинался далее 1 метра.Время работы 13 сек.
А что же там внутре?

Serge77> ...А обычная поваренная соль окрашивает пламя не только там, но и по всему объёму факела,...
Оптический обман зрения. Возьми пинцетом кристалл и вводи сбоку в пламя горелки.
Да, ещё есть и верхняя граница температуры. К примеру, медь светится синим в довольно узком диапазоне температур.

pokos> Возьми пинцетом кристалл и вводи сбоку в пламя горелки.

Ты ещё плоскогубцами возьми ;^))
Брать нужно платиновую проволочку (ну или нихромовую), прокаливать в пламени до исчезновения окрашенных паров, потом макать в воду и соль, потом в пламя, начиная с самого верхнего, наименее горячего участка, где само пламя уже не светится. Натрий начинает светиться уже в этой части пламени, только что проверил.

pokos> Да, ещё есть и верхняя граница температуры. К примеру, медь светится синим в довольно узком диапазоне температур.

Это потому, что синим светится CuCl, который живёт в узком диапазоне температур и составов пламён. Для натрия нет верхней температуры, потому что светится атом натрия. Точнее, верхняя температура есть - это когда чистая плазма, т.е. атомов нет, одни ионы. Но это к нам не относится.

Serge77> Брать нужно платиновую проволочку....Натрий начинает светиться уже в этой части пламени, только что проверил.
Молодец! Только вводить надо не сверху, а сбоку, да пониже. Сверху, ясен пень, ацкий жар.

Нащёт меди. Светится никакой не хлорид, а ион меди. На меди даже лазеры есть, правда, зелёные. А вот на хлориде лазеров не сделали пока, именно из-за того, что в очень узком диапазоне температур он живёт.

pokos> Сверху, ясен пень, ацкий жар.

Сверху, где пламя газа само уже не светится, температура градусов 600, не больше.

pokos> Светится никакой не хлорид, а ион меди. На меди даже лазеры есть, правда, зелёные.

Вот именно, зелёным светится ион. А синим - одновалентный хлорид.

Serge77> Сверху, где пламя газа само уже не светится, температура градусов 600, не больше.
Обман зрения. Возьми дистанционный инфракрасный термометр с диафрагмой. Там, где газ перестаёт светиться, температура в районе 900 градусов.

Serge77> Вот именно, зелёным светится ион. А синим - одновалентный хлорид.
Нет, Серж. Светятся только ионы, точнее переходы между уровнями электронов в ионизированном атоме. Синим светится переход из резонансного состояния в основное, а зелёным - из метастабильного в основное.
Поскольку верхнее состояние резонансное, существует и верхний предел температуры, когда энергия возбуждения становится слишком велика, и электроны уже не попадают в резонансное состояние, по-простому говоря.

"Основное состояние 2S1/2 атома меди соответствует конфигурации 3d104s. Когда внешний 4s электрон забрасывается на следующий, более высокий 4р-уровень, заселяются возбуждённые уровни 2P1/2 и 2P3/2. Эти уровни сильно связаны с основным состоянием дипольно разрешённым переходом. Уровни 2D3/2 и 2D5/2 соответвуют конфигурации Зd94s2, имеющей более низкую энергию, а переходы 2D-->2S1/2 дипольно запрещены. Атомы меди из состояния 2р быстро (время жизни порядка 7нс) релаксируют посредством спонтанного излучения в основное состояние 2S1/2, в то время как время релаксации уровней 2D намного больше (около 0,5мкс), поскольку этот переход разрешён слабо. Однако при температурах, которые используются в медном (Т = 1500°С) и золотом (Т = 1650°С, т.к. золото является менее тягучим веществом) лазерах, давление паров достаточно высокое( ~ 0,1 мм.рт.ст.), так что вследствие захвата излучения релаксации по каналу 2p--> 2S1/2 не происходит. Таким образом, единственный эффективный канал релаксации проходит через состояние 2D. Релаксация населённости уровня 2D осуществляется посредством дезактивации на стенках, если внутренний диаметр трубки невелик (<2см). Для трубок больших размеров было показано, что важную роль играет сверхупругое столкновение е + Cu(2D)-->e + Cu(2s1/2). В обоих случаях соответствующее время релаксации очень большое (несколько десятков микросекунд).
Отсюда следует, что генерация на парах меди может осуществляться как на переходе 2P3/2--> 2D5/2 (зелёный), так и на 2P1/2-->2D3/2 (жёлтый). "

pokos> Нет, Серж. Светятся только ионы, точнее переходы между уровнями электронов в ионизированном атоме.

А в цитате, которую ты привёл, написано, что светятся нейтральные атомы меди, а не ионы. Т.е. переходы между уровнями электронов в нейтральном атоме.

Serge77> А в цитате, которую ты привёл, написано, что светятся нейтральные атомы меди, ...
Там такого нет. Про нейтральный там ничего не написано, бишь. Конкретно в том лазере атомы ионизированы посредством ударной ионизации.

pokos> Про нейтральный там ничего не написано

Написано: "Основное состояние 2S1/2 атома меди соответствует конфигурации 3d104s". Это означает 10 штук электронов на 3d орбиталях и 1 штука на 4s орбитали. Это нейтральный атом.
Можешь здесь посмотреть:


У меди написано 2-8-18-1. Это значит 18 электронов на 3 уровне (из них 10d) и один на 4 уровне, тот самый 1s.

Далее написано "Когда внешний 4s электрон забрасывается на следующий, более высокий 4р-уровень". Это означает не ионизацию, а просто переход электрона на другую орбиталь.

Serge77> Далее написано "Когда внешний 4s электрон забрасывается на следующий, более высокий 4р-уровень". Это означает не ионизацию, а просто переход электрона на другую орбиталь.
Именно. Только надо подумать немного дальше в направлении того, как электрон может получить столько энергии, чтобы заскочить на верхний уровень.
Чтобы электрон туда заскочил, нужно ему дать строго определённое колво энергии. Это легко сделать с помощью фотона. А вот с помощью тепловых столкновений - практически невероятно, потому что всегда будет излишек. И если нужно много атомов на этом уровне, излишек этот довольно велик. (Это про газ, понятно. В твёрдом теле совсем другая кухня) Потому при тепловом характере возбуждения атомы газа оказываются ионизированными.

То, что там написано про основное состояние атома, вовсе не означает, что процесс происходит с нейтральными атомоми.
К тому же, ты пишешь, что светится хлорид, т.е. молекула. А это в корне неверно. Энергии возбуждения молекул значительно меньше энергий электронов в атомах, их составляющих. Излучения молекул лежат в инфракрасной области обычно, не выше.