Ракетное топливо староверова - 15 (варианты)
Изобретение относится к ракетному топливу для ракетного двигателя. Ракетное топливо содержит горючее и окислитель. Варианты ракетного топлива имеют следующий состав при следующем соотношении компонентов в мас.%: боргидрид бериллия - 34,63±10%, динитрамид аммония - 55,50±10%, гидрид бериллия - 9,87±5%, или боргидрид бериллия - 23,78±10%, динитрамид аммония - 76,22±10%, или боргидрид лития - 35,85±10%, динитрамид аммония - 51,06±10%, гидрид лития - 13,09±5%, или боргидрид алюминия - 23,66±10%, динитрамид аммония - 57,76±10%, гидрид алюминия - 18,58±5%, или декаборан - 39,64±10%, динитрамид аммония - 60,36±10%. Другие варианты ракетного топлива получены с использованием реакции с аммиаком (мас.%): боргидрида бериллия - 44,61±10%, динитрамида аммония - 35,75±10%, аммиака - 19,63±5%. Все эти реакции возможны также с другим окислителем - шестиокисью азота N3O6. Двигатель с таким топливом из газов выделяет только чистый водород. 11 н.п. ф-лы.
Реферат
Изобретение относится к ракетным двигателям твердого топлива и гибридным.
Известны ракетные двигатели, см., например, «Бескорпусный двигатель с самоподачей», пат. №2431052. Все существующие химические ракетные двигатели используют принцип высокотемпературного нагрева газа или газопылевого рабочего тела (пыль - это твердые фракции разложившегося твердого ракетного топлива). Делается это для того, чтобы повысить скорость истечения рабочего тела из реактивного сопла. Эта скорость определяется, во-первых, скоростью звука в газе и, во-вторых, степенью расширения газа в расширяющемся сверхзвуковом реактивном сопле и достигает в лучших двигателях 4000 м/с. Причем детали двигателя работают в очень напряженном тепловом режиме, даже с учетом их охлаждения.
Между тем скорость звука в водороде даже при нормальных температуре и давлении 1330 м/с. А если еще и немного повысить температуру водорода, то скорость звука в нем и скорость истечения его из сопла резко возрастут. Например, водород с температурой всего 650°С (это ниже температуры его воспламенения) будет иметь скорость звука 2360 м/с и сможет в реактивном сопле разогнаться сам и разогнать пылевые частицы до скорости около 4300 м/с. То есть получится «холодный ракетный двигатель», в котором из-за адиабатического расширения газ на выходе из реактивного сопла может иметь приблизительно температуру окружающей среды.
На этом и основана идея данного изобретения. Цель изобретения - повышение скорости реактивной струи и удельного импульса ракетного двигателя. Для этого двигатель должен вырабатывать чистый водород и твердые вещества. Подходящей химической реакцией для этого может быть тройная реакция боргидрида бериллия, гидрида бериллия и динитрамида аммония:
2 B e ( B H 4 ) 2 + N H 4 N ( N O 2 ) 2 + 2 B e H 2 = 4 B e O + 4 B N + 12 H 2 \ 1 \
Возможны промежуточные реакции: образование воды, реакция ее при таких температурах с бериллием и с бором, образование аммиака, реакция его или азота при таких температурах с оксидом бора и получение нитрида бора. Соотношение компонентов: боргидрида бериллия - 34,63±10%, динитрамида аммония - 55,50±10%, гидрида бериллия - 9,87±5%.
Возможна реакция с окислением бора:
B e ( B H 4 ) 2 + N H 4 N ( N O 2 ) 2 = B e O + B 2 O 3 + 2 N 2 + 6 H 2 \ 2 \
Соотношение компонентов: боргидрида бериллия - 23,78±10%, динитрамида аммония - 76,22±10%.
Если траектория взлета проходит над населенными местами, то можно заменить бериллий и его токсичные соединения на литий или алюминий и их соединения.
4 L i B H 4 + N H 4 N ( N O 2 ) 2 + 4 L i H = 4 L i 2 O + 4 B N + 12 H 2 \ 3 \
Хотя структура LiBH4, скорее всего, будет Li2(BH4)2, поэтому предыдущую реакцию можно записать так:
2 L i 2 ( B H 4 ) 2 + N H 4 N ( N O 2 ) 2 + 4 L i = 4 L i 2 O + 4 B N + 12 H 2 \ 3 а \
В любом случае соотношение компонентов: боргидрида лития - 35,85±10%, динитрамида аммония - 51,06±10%, гидрида лития - 13,09±5%.
Или возможна такая же реакция с алюминием:
4 A l ( B H 4 ) 3 + 3 N H 4 N ( N O 2 ) 2 + 4 A l H 3 = 4 A l 2 O 3 + 12 B N + 36 H 2 \ 4 \
Соотношение компонентов: боргидрида алюминия - 23,66±10%, динитрамида аммония - 57,76±10%, гидрида алюминия - 18,58±5%. Структура боргидрида алюминия возможна Al2(ВН4)6.
Сравнительно малотоксичным будет двигатель:
2 B 10 H 14 + 3 N H 4 N ( N O 2 ) 2 = 4 B 2 O 3 + 12 B N + 20 H 2 \ 5 \
Соотношение компоненов: декаборана - 39,64±10%, динитрамида аммония -60,36±10%.
Возможна реакция в гибридном двигателе с повышенным удельным выделением водорода:
4 B e ( B H 4 ) 2 + N H 4 N ( N O 2 ) 2 + 4 N H 3 = 4 B e O + 8 B N + 24 H 2 \ 6 \
Соотношение реакции: боргидрида бериллия - 44,61±10%, динитрамида аммония - 35,75±10%, аммиака - 19,63±5%.
Возможна и реакция с полным или частичным окислением получившегося водорода.
Теоретически открыто устойчивое соединение N3O6 (далее «шестиокись азота»), с получением его на практике возможны реакции с ним:
3 B e ( B H 4 ) 2 + 2 N 3 O 6 = 3 B e O + 3 B 2 O 3 + 3 N 2 + 12 H 2 \ 7 \
Соотношение компонентов: боргидрида бериллия 29,61±10%, шестиокиси азота - 70,39±10%.
Или такая же тройная реакция с использованием имеющегося азота:
3 B e ( B H 4 ) 2 + 2 N 3 O 6 + 6 B = 3 B e O + 3 B 2 O 3 + 6 B N + 12 H 2 \ 8 \
Соотношение компонентов: боргидрида бериллия 26,02±10%, шестиокиси азота - 61,86±10%, бора - 12,12±5%.
Эта же реакция даст больше водорода, если вместо бора добавлять тетраборан:
15 B e ( B H 4 ) 2 + 10 N 3 O 6 + 3 B 10 H 14 = 15 B e O + 15 B 2 O 3 + 30 B N + 81 H 2 \ 9 \
Соотношение компонентов: боргидрида бериллия 24,91±10%, шестиокиси азота - 59,35±10%, декаборана - 15,74±5%.
Или возможна другая тройная реакция, похожая на реакцию \1\:
3 B e ( B H 4 ) 2 + 2 N 3 O 6 + 9 B e H 2 = 12 B e O + 6 B N + 21 H 2 \ 10 \
Соотношение компонентов: боргидрида бериллия - 23,26±10%, шестиокиси азота - 56,17±10%, гидрида бериллия - 20,20±10%.
Интересна реакция в гибридном двигателе с повышенным выделением водорода:
12 B e ( B H 4 ) 2 + 2 N 3 O 6 + 18 N H 3 = 12 B e O + 24 B N + 75 H 2 \ 11 \
Соотношение компонентов: боргидрида бериллия - 44,34±10%, шестиокиси азота - 26,39±10%, аммиака - 29,27±10%.
1. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид бериллия - 34,63±10%, динитрамид аммония - 55,50±10%, гидрид бериллия - 9,87±5%.
2. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид бериллия - 23,78±10%, динитрамид аммония - 76,22±10%.
3. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид лития - 35,85±10%, динитрамид аммония - 51,06±10%, гидрид лития - 13,09±5%.
4. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид алюминия - 23,66±10%, динитрамид аммония - 57,76±10%, гидрид алюминия - 18,58±5%.
5. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: декаборан - 39,64±10%, динитрамид аммония - 60,36±10%.
6. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид бериллия - 44,61±10%, динитрамид аммония - 35,75±10%, аммиак - 19,63±5%,
7. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид бериллия 29,61±10%, шестиокись азота - 70,39±10%.
8. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид бериллия 26,02±10%, шестиокись азота - 61,86±10%, бор - 12,12±5%.
9. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид бериллия 24,91±10%, шестиокись азота - 59,35±10%, декаборан - 15,74±5%.
10. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид бериллия - 23,26±10%, шестиокись азота - 56,17±10%, гидрид бериллия - 20,20±10%.
11. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид бериллия - 44,34±10%, шестиокись азота - 26,39±10%, аммиак - 29,27±10%.