Ракетное горючее



 


Владельцы патента RU 2523367:

Староверов Николай Евгеньевич (RU)

Изобретение относится к ракетным топливам для жидкостных, твердотопливных и гибридных ракетных двигателей, а также для экстремальных поршневых и турбореактивных двигателей. Данное топливо характеризуется тем, что содержит в качестве горючего только металл (бериллий, литий, алюминий) или бор. В качестве окислителя топливо содержит динитрамид аммония, нитраты бора или бериллия, пятиокись азота. Особенностью изобретения является использование высокоэнергетичных реакций и газосодержащего окислителя. Причем газы окислителя служат только для образования реактивной струи. 8 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 пр.

 

Изобретение относится к ракетным топливам для твердотопливных и гибридных ракетных двигателей, а также для экстремальных поршневых и турбореактивных двигателей.

Известны горючие ракетные топлива, см., например, мой пат. №2424279 «Горючее», состоящее наполовину из ацетилена и этилена, что позволяет использовать ацетилен в растворенном, то есть жидком криогенном виде.

Известен «Ракетный двигатель Староверова - 10» (свежеподанная заявка на изобретение), в котором тепловыделение топлива, содержащего связанный азот, увеличивается при горении за счет реакции азота с бором с образованием нитрида бора с выделением 23,37 мдж/кг на единицу добавленного бора.

Важнейшим показателем любого топлива, используемого в любом двигателе (автомобильном, турбореактивном, ракетном), является не теплотворная способность, то есть выделение при сгорании тепла на единицу своей массы, а приведенная теплотворная способность, то есть тепловыделение на единицу участвующего в стехиометрической реакции кислорода, а если в горении участвует бор, то на единицу участвующих в реакции кислорода и бора, потому что именно она определяет теплотворную способность смеси. Дело в том, что для большинства распространенных топлив (водород, углеводороды, гидразины) кислорода требуется больше, чем горючего. А также дело в том, что в поршневой или турбореактивный (то есть, в воздушные) двигатели мы можем подать сколько угодно горючего, но увеличить количество поступающего кислорода не можем (исключением можно считать наддув в поршневых двигателях).

Автором произведен пересчет некоторых веществ на приведенную теплотворную способность, и оказалось, что из недорогих и не очень токсичных жидких и газообразных веществ лучшими являются водород и ацетилен. Но намного лучшими являются некоторые металлы. Именно поэтому во многие твердые ракетные топлива добавляются металлические алюминий или бериллий, или гидриды металлов (см. мою заявку «Ракетный двигатель Староверова - 6», №2012106402/20-009670, где применено ПОЛОВИННОЕ ГОРЕНИЕ гидрида бериллия с удельным тепловыделением 21,39 мдж/кг: 2 ВеН2+02=ВеН2+ВеО+Н20=2ВеО+2Н2+1155 кДж).

Рассмотрим тепловыделение наиболее распространенных элементарных реакций:

1. 2Н2+O2=2Н2O(газ) удельное тепловыделение на ед. смеси - 13,42 мДж/кг

2. С+02=СO2 удельное тепловыделение на ед. смеси - 8,94 мДж/кг

3. 4А1+3O2=2Аl2O3 удельное тепловыделение на ед. смеси - 16,44 мДж/кг

4. 4Li+O2=2Li2O удельное тепловыделение на ед. смеси - 19,94 мДж/кг

5. Ве+O2=2ВеО удельное тепловыделение на ед. смеси - 23,91 мДж/кг

5. 4В+3O2=2В2O3 удельное тепловыделение на ед. смеси - 18,01 мДж/кг

6. В+N=BN удельное тепловыделение на ед. смеси - 10,18 мДж/кг

Видно, что реакции с углеродом и водородом (с углеводородами) не самые энергетичные. Но в других реакциях не происходит выделения газообразных продуктов, которые и должны истекать из сопла сами и выносить твердые или жидкие другие продукты реакции (если не считать кипящий при 2100 градусах С оксид бора). Поэтому для энергетичных реакций с участием бериллия, лития, бора, алюминия следует применять газосодержащие окислители - азотную кислоту, двуокись-, пятиокись азота, динитрамид аммония и т.п., содержащие азот и водород. С осторожность следует применять нитрат бора, так как он связывает азот в нитрид бора, хотя и выделяет при этом 23,37 мДж/кг на единицу добавленного бора.

При этом также следует определиться с минимальным количеством газа, обеспечивающим скоростной вынос твердых и жидких продуктов реакции. Скорее всего, этот предел можно принять как 7-8% от массы топлива (окислителя плюс горючего).

Есть 4 способа повысить импульс химических ракетных двигателей (не считая создания новых соединений, типа ожидаемого N306). Первый путь - это последовательное применение сразу двух из вышеуказанных реакций, например, реакция бора с выделяющимися из горючего (гидразин) или окислителя (азотная кислота) азотом. Этот путь использован автором в заявке «Ракетный двигатель Староверова -10» и в некоторых других.

Второй путь - использование газосодержащих металлосоединений, например, ПОЛОВИННОЕ ГОРЕНИЕ гидрида бериллия с удельным тепловыделением 21,39 мДж/кг: 2ВеН2+O2=ВеН2+ВеО+Н2O=2ВеО+2Н2+1155 кДж. Причем водород окислителя служит не для горения, а для образования реактивной струи.

Идея третьего пути повышения импульса двигателя состоит в том, что искусственно снижается температура реакции, чтобы не допустить потери тепла на плавление и испарение некоторых твердых продуктов реакции, путем вдувания метана, имеющего, кстати, свой хороший экзотермический эффект разложения - 4,67 мДж/кг (как в моем изобретении «Ракетный двигатель Староверова - 7»). Ожидаемого, казалось бы, снижения скорости реактивной струи при этом не происходит, так как метан разлагается на водород и твердый углерод, а скорость звука в водороде почти в 4 раза больше, чем в воздухе. Скорость реактивной струи, наоборот, повышается. И меньше энергии теряется с теплом отходящих газов.

И четвертый путь - использование высокоэнергетичных реакций и газосодержащего окислителя. Причем газы окислителя служат опять же только для образования реактивной струи.

Пример 1.

В этой реакции наверняка будет образовываться и незначительное количество аммиака. Соотношение компонентов топлива: бериллия - 22,52%+-15%, динитрамида аммония -77,48%+-15%. Количество образующихся газов - большое - 37,5%. Возможна побочная реакция образования воды, но так как водород находится в ряду напряжений правее бериллия, то при таких температурах он будет вытеснять водород из воды с образованием оксида бериллия.

Но есть еще одно неочевидное обстоятельство в пользу «водородного» двигателя - при использовании в реактивных торпедах типа «Шквал» выделяющийся водяной пар мгновенно конденсируется в окружающей воде, а водород и азот даже в остывшем состоянии будут удерживать газовую каверну, в которой движется торпеда.

Возможна эта реакция с окислением водорода:

Соотношение компонентов топлива: бериллия - 12,68%+-15%, динитрамида аммония - 87,32%+-15%. Выделение газообразных продуктов горения (включая парообразную воду) очень высокое - 64,75%.

Пример 2.

В этой реакции тепловыделение выше, но газообразных продуктов выделяется немного - 15,7%. Соотношение компонентов топлива: бериллия - 25,30%+-15%, нитрата бериллия - 74,70%+-15%. Хотя в настоящее время безводный нитрат бериллия еще не получен, в реакции учитывается именно он. Если же к моменту получения патента он не будет получен, то следует подразумевать его дигидрат, что, конечно, снизит удельное тепловыделение реакции, но зато резко повысит количество газообразных продуктов горения.

Пример 3.

В этой реакции возможно образование небольших количеств нитрида бора, но при избытке кислорода он будет окисляться до оксида бора. Соотношение компонентов топлива: бериллия - 25,56%+-15%, нитрата бора - 74,44%+-15% Неплохие показатели дает двигатель с пятиокисью азота (см. мою заявку «Ракетный двигатель Староверова -11»).

Соотношение компонентов топлива: бериллия - 29,44%+-15%, пятиокиси азота - 70,56%+-15%.

Такое токсичное топливо следует применять для межконтинентальных ракет, ракет «воздух-воздух», «воздух-земля», для вторых и третьих ступеней зенитных ракет. Для менее ответственных ракет можно применять менее токсичные или совсем не токсичные вышеуказанные реакции с литием, бором, алюминием. Например, первая реакция:

Соотношение компонентов топлива: лития - 30,92%+-15%, динитрамида аммония - 69,08%+-15%. Или:

Соотношение компонентов топлива: бора - 18,85%+-15%, динитрамида аммония - 81,15%+-15%. Или:

Соотношение компонентов топлива: алюминия - 35,83%+-15%, динитрамида аммония -64,17%+-15%.

Замена бериллия на литий, бор, или алюминий возможна и в реакциях /2/,/3/,/4/.

Так как топливо состоит из чистого металла, то в твердотопливных и гибридных двигателях мелкодисперсный металл может быть скреплен небольшим количеством связующего, например, полиэфирной или эпоксидной смолы, полиуретана и т.п. Причем полимеризация мономера желательна радиационная, чтобы не перегреть окислитель, если он входит в состав твердотельной шашки.

1. Ракетное топливо, отличающееся тем, что соотношение компонентов топлива: бериллия - 22,52%±15%, динитрамида аммония - 77,48%±15%.

2. Ракетное топливо, отличающееся тем, что соотношение компонентов топлива: бериллия - 12,68%±10%, динитрамида аммония - 87,32%±15%.

3. Ракетное топливо, отличающееся тем, что соотношение компонентов топлива: бериллия - 25,30%±15%, нитрата бериллия - 74,70%±15%.

4. Ракетное топливо, отличающееся тем, что соотношение компонентов топлива: бериллия - 25,56%±15%, нитрата бора - 74,44%±15%

5. Ракетное топливо, отличающееся тем, что соотношение компонентов топлива: бериллия - 29,44%±15%, пятиокиси азота - 70,56%±15%.

6. Ракетное топливо, отличающееся тем, что соотношение компонентов топлива: лития - 30,92%±15%, динитрамида аммония - 69,08%±15%.

7. Ракетное топливо, отличающееся тем, что соотношение компонентов топлива: бора - 18,85%±15%, динитрамида аммония - 81,15%±15%.

8. Ракетное топливо, отличающееся тем, что соотношение компонентов топлива: алюминия - 35,83%±15%, динитрамида аммония - 64,17%±15%.

9. Ракетное топливо по одному из пп.1-8, отличающееся тем, что металл скреплен небольшим количеством связующего, например, полиэфирной или эпоксидной смолы, полиуретана, причем полимеризация мономера желательна радиационная.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения оксигенатов, повышающих эксплуатационные свойства топлив для двигателей внутреннего сгорания, в котором взаимодействие глицерина с ацетоном происходит на кислотном катализаторе, причем процесс происходит на гетерогенном катализаторе в одну стадию в проточном реакторе при регулировке подачи реагентов в соотношении глицерин: ацетон (1):(5-20) и поддержании в реакторе температуры от 35°С до 55°С, объемной скорости 0.5-1.5 ч-1 и атмосферного давления с получением золькеталя как основного продукта, и возвращении непрореагировавшего ацетона в реактор.
Изобретение относится к комплексной бактерицидной добавке, содержащей четвертичные аммониевые соли, полигексаметиленгуанидин и растворитель, при этом в качестве растворителя она содержит водный раствор этилового спирта и глицерина.

Изобретение предназначено для приготовления топливных смесей. Установка содержит источники нефтепродукта и воды, парогенератор, насосы, паропроводы, трубопроводы, подогреватели воды и нефтепродукта, роторный аппарат, накопительную емкость, контуры обработки нефтепродукта, систему подготовки дозируемых компонентов, систему парораспределения, систему дренажной пропарки и очистки оборудования.
Изобретение относится к модификатору горения твердого, жидкого и газообразного топлива, в частности древесины, природного газа, угля, мазута и других углеводородов, в энергетических котлах, в закрытых или открытых камерах, характеризующемуся тем, что указанный модификатор содержит от 10 до 30 масс.% воды, от 20 до 80 масс.% по меньшей мере одного алифатического спирта, от 5 до 15 масс.% карбамида или его производных, выбранных из алкилмочевины типа R1R2N(CO)NR1R2, где R1, R2 являются одинаковыми или различными и представляют собой С1-С6 алкильные группы, и от 5 до 15 масс.% моноацетилферроцена.

Изобретение относится к способу ингибирования образования частиц в возобновляемых топливах или смесях возобновляемых топлив и легких топлив, включающему этапы, на которых: добавляют присадочную композицию, ингибирующие частицы, к топливу или смеси, где присадочная композиция, инигибирующая частицы, включает одно или более из: замедлителя агломерации, диспергатора частиц, ингибитора осаждения частиц; или усилителя совместимости.

Настоящее изобретение относится к жидкой топливной композиции, содержащей бензин, пригодный для использования в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием; и одно или более солевых производных амидов поли(гидроксикарбоновых кислот), имеющих формулу (III): [Y-CO[O-A-CO]n-Zr-R+]mpXq-, где Y обозначает водород или необязательно замещенную гидрокарбильную группу, А обозначает двухвалентную необязательно замещенную гидрокарбильную группу, n равно от 1 до 100, m равно от 1 до 4, q равно от 1 до 4 и р есть целое число при условии, что pq=m; Z обозначает необязательно замещенную двухвалентную мостиковую группу, которая соединена с карбонильной группой через атом азота, r равно 0 или 1, R+ обозначает аммониевую группу и Хq- обозначает анион.

Изобретение относится к применению полимерной присадки, улучшающей индекс (ИВ), в композиции дизельного автомобильного топлива для улучшения характеристики приемистости двигателя внутреннего сгорания, в котором находится композиция дизельного топлива, или двигателя внутреннего сгорания, который находится в автомобиле с приводом от такого двигателя, где полимерная присадка, улучшающая ИВ, содержит блочный сополимер, который содержит один или несколько блоков мономеров, выбранных из мономеров этилена, пропилена, бутилена, бутадиена, изопрена и стирола, и концентрация полимерной присадки, улучшающей ИВ, в композиции дизельного топлива составляет от 0,05 до 0,5% по массе.
Изобретение относится к многофункциональной добавке к автомобильному бензину, характеризующейся тем, что включает многофункциональную присадку с моющими и антикоррозионными свойствами - 1,0-10,0% масс., стабилизатор цвета пиперазинэтанамин - 0,005-0,3% масс., углеводородную фракцию с температурой кипения внутри интервала температур от 30°C до 330°C - 20-50% масс.
Изобретение относится к способу получения высших алкил(мет)акрилатов, используемых для синтеза полимерных депрессорных присадок, которые предназначены для предотвращения застывания и снижения низкотемпературной вязкости парафинистых нефтей.

Изобретение относится к применению смеси, а также к самой смеси, содержащей: (А) от 5 до 60% масс. по меньшей мере одного маслорастворимого полярного соединения азота, которое в состоянии взаимодействовать с кристаллами парафина в среднедистиллятных топливах на холоде, а также (В) от 5 до 70% масс.
Изобретение относится к многофункциональной добавке к автомобильному бензину, характеризующейся тем, что включает многофункциональную присадку с моющими и антикоррозионными свойствами - 1,0-10,0% масс., стабилизатор цвета пиперазинэтанамин - 0,005-0,3% масс., углеводородную фракцию с температурой кипения внутри интервала температур от 30°C до 330°C - 20-50% масс.
Изобретение относится к гибридному эмульсионному топливу, включающему углеводород, воду, спирт и поверхностно-активное вещество, характеризующееся тем, что топливо представляет собой устойчивую эмульсию прямого типа, а в качестве углеводорода используют бензин, или керосин, или дизтопливо при следующем соотношении компонентов, об.%: бензин, или керосин, или дизтопливо - 70, вода - 18-30, спирт этиловый 0-12, ПАВ, ОП-7 - 0,3-0,8.
Изобретение относится к новым областям применения определенного типа компонента дизельного топлива и к способам улучшения эксплуатационных характеристик дизельного двигателя с турбонаддувом.

Изобретение относится к способу получения эфирной присадки, включающий смешение дикарбоновой кислоты со спиртом с получением воды, эфира и избыточного спирта с последующим отделением воды и спирта от эфира ректификацией, при этом в качестве кислоты используют щавелевую кислоту, а в качестве спирта-н-бутанол или 2-этилгексанол, при этом на смешение щавелевой кислоты со спиртом в качестве растворителя подают циклогексан, а ректификацию осуществляют в двух колоннах с получением в первой колонне растворителя-циклогексана, возвращаемого на стадию смешения с щавелевой кислотой и спиртом, и подачей остатка первой колонны во вторую с получением в ней спирта и целевого продукта-эфирной присадки.
Изобретение относится к топливу для импульсного детонационного двигателя на основе синтетического высокоплотного горючего Т-10, отличающемуся тем, что с целью повышения его детонационной активности в горючее дополнительно введен продетонатор - трет-бутилгидропероксид (% масс): горючее Т-10 99-99,3%; трет-бутилгидропероксид 0,7-1%.

Изобретение относится к применению азотсодержащего диспергирующего средства в качестве антиокислительной добавки для дизельной топливной композиции, включающей биотопливо.
Изобретение относится к комплексной бактерицидной добавке, содержащей четвертичные аммониевые соли, полигексаметиленгуанидин и растворитель, при этом в качестве растворителя она содержит водный раствор этилового спирта и глицерина.
Наверх