Топливная смесь закиси азота - Nitrous oxide fuel blend

Топливные смеси закиси азота являются классом жидкое ракетное топливо которые были предназначены в начале 2010-х годов для замены гидразин как стандарт хранимый ракетный двигатель в некоторых приложениях.

В топливных смесях с закисью азота топливо и окислитель смешиваются и хранятся; это иногда называют смешанное монотопливо. При использовании пропеллент нагревается или пропускается над слоем катализатора, и оксид азота разлагается на газы, богатые кислородом. Затем следует возгорание. Особое внимание необходимо уделить химическому составу и конструкции двигателя, чтобы предотвратить детонирующий хранимое топливо.

Обзор

Основная статья: Ракетное топливо

Топливо, используемое в ракетном двигателе, играет важную роль как в конструкции двигателя, так и в конструкции двигателя. ракета-носитель и сопутствующее наземное оборудование для обслуживания автомобиля. Масса, плотность энергии, стоимость, токсичность, риск взрыва и другие проблемы заставляют инженеров проектировать ракеты с соответствующим топливом. Основными классами ракетного топлива являются:

Обычным топливом для малых маневровых двигателей является гидразин. Он жидкий при комнатной температуре и, имея положительный энтальпия образования, может использоваться в качестве монотоплива для значительного упрощения конструкции системы. Но он также чрезвычайно токсичен и имеет относительно высокую температуру замерзания + 1С. Это также нестабильное свойство, присущее любому веществу с положительной энтальпией образования.

Оксид азота может использоваться как окислитель с различными видами топлива; он популярен в основном в гибридные ракеты. Он гораздо менее токсичен, чем гидразин, и имеет гораздо более низкую температуру кипения, хотя его можно сжижать при комнатной температуре под давлением. Подобно гидразину, он имеет положительную энтальпию образования, что делает его потенциально нестабильным и жизнеспособным монотопливом. Его можно разложить с помощью катализатора, чтобы получить горячую смесь азота и кислорода.[1] При смешивании с топливом и хранении перед использованием оно становится смешанным монотопливом.[нужна цитата ]

История

Немецкие ракетостроители экспериментировали со смесями закиси азота еще в 1937 году. Испытания топливных смесей закиси азота продолжались повсюду. Вторая Мировая Война. Обещание высокой производительности, большего диапазона и более легких систем подачи привело к экспериментам со смесями закиси азота и аммиака, что привело к многочисленным взрывам и разрушению двигателей.[2] Сложности, связанные с созданием силовых установок, которые могут безопасно работать с монотопливными смесями закиси азота, были сдерживающим фактором для серьезного развития.

Последующая разработка топливных смесей закиси азота снова активизировалась в 2000-х, а в 2011 г.Космос летные испытания миссия была запланирована. В этом случае летные испытания были отменены. Инновационные космические двигательные установки объявили о планах испытать монотопливо NOFBX на НАСА часть Международная космическая станция (МКС), с начальной ориентировочной датой полета не ранее 2012 года.[3] НАСА официально утвердило миссию к МКС на время запуска 2013 года в мае 2012 года.[4] Миссия должна была отправиться на МКС в негерметичном грузовом отсеке самолета. SpaceX Dragon космический корабль во время одной из миссий НАСА по пополнению запасов, по контракту в середине 2013 года. «Демонстрация экологически чистого топлива ISPS NOFBX» будет использовать двигатель класса тяги в 100 фунтов силы (440 Н) с глубоким дросселированием, сжигающий NOFBX. ракетный двигатель который будет установлен снаружи европейского Модуль Колумбус на МКС, и ожидалось, что он будет оставаться на орбите в течение примерно одного года, пока он пройдет «серию испытаний характеристик в космосе».[5]

NOFBX был товарным знаком для патентованной закиси азота /топливо /эмульгатор смешанное монотопливо, разработанное Firestar Technologies.[6] В патенте NOFBX в качестве окислителя заявлена ​​смесь закиси азота с этан, этен или же ацетилен как топливо.[8] NOFBX имеет более высокий удельный импульс (язр) и менее токсичен, чем другие монотопливы, используемые в настоящее время в космических приложениях, например гидразин. Летные испытания двигателей NOFBX планировались на Международной космической станции,[7] но, в случае, не пошел вперед.

NOFBX ранее использовался для заправки Поршневой двигатель для питания высотных и долговечных дронов самолет под DARPA договор.[1]NOFBX рекламировалась компанией в то время как технология, которая изменила правила игры.[3] с несколькими характеристиками, которые подчеркивают, почему более безопасные монотопливы вызвали интерес в отрасли:

  • компоненты широко доступны от поставщиков химических веществ, недороги и безопасны в обращении[3]
  • можно транспортировать и обрабатывать без излишних мер предосторожности или опасностей[3]
  • его конечные продукты (N
    2    , CO, ЧАС
    2    О    , ЧАС
    2     и CO
    2    )[8] все они значительно менее токсичны, чем традиционные одноразовые горючие вещества длительного хранения и не производят накопленных отложений или загрязнений;[3] тогда как гидразин выделяет аммиак[8]
  • гидразин имеет язр около 230 с; Сообщается, что NOFBX имеет язр 300 с[8]
  • лучше плотность энергии, более чем в три раза больше, чем гидразин[8]
  • устойчив к широкому температурному диапазону; можно хранить при комнатной температуре на земле, а также при температурах в открытом космосе[7]
  • предполагалась более низкая стоимость по сравнению с существующими силовыми установками сопоставимой производительности[3]
  • является монотопливом, что значительно снижает потребность во вспомогательном оборудовании, экономит затраты, объем и массу систем запуска.
  • использует двигатели, которые работают на более низком уровне, что снижает проблемы теплового проектирования[7]

Соображения безопасности

2008 г. AIAA статья о разложении закиси азота вызвала озабоченность по поводу рисков безопасности при смешивании углеводородов с закисью азота. При добавлении углеводородов энергетический барьер для взрывного разложения значительно снижается.[9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Джоинер, Стивен (1 мая 2011 г.). "Лаборатория запуска в Мохаве". Смитсоновский институт авиации и космоса. Получено 18 марта, 2011. (дата онлайн-публикации предшествует печатному изданию)
  2. ^ Кларк, Джон Д. (1972). Зажигание!: Неофициальная история жидкого ракетного топлива. Издательство Университета Рутгерса. ISBN  978-0-8135-0725-5.[страница нужна ]
  3. ^ а б c d е ж Мессье, Дуг (9 августа 2011 г.). «Нетоксичное топливо из пустыни Мохаве». Параболическая дуга. В архиве из оригинала 7 октября 2011 г.. Получено 9 августа, 2011.
  4. ^ Морринг, Фрэнк младший (21 мая 2012 г.). "SpaceX доставит на МКС испытательный стенд" зеленого движения ". Неделя авиации и космической техники. Получено 24 мая, 2012.
  5. ^ «Демонстрация топлива, связанного с МКС, прошла проверку НАСА». Космические новости. 29 мая 2012 г. с. 9. Получено 26 июня, 2012.
  6. ^ "Firestar Technologies • Передовые химические двигательные установки и энергетические системы". Firestar-engineering.com. Получено 30 декабря, 2013.
  7. ^ а б c «Обзор монодвигательной установки NOFBX» (PDF). Firestar Technologies. 9 февраля 2011 г. Архивировано с оригинал (PDF) 24 июля 2011 г.
  8. ^ а б c d "МОНОДВИГАТЕЛЬНЫЕ СМЕСИ ОКСИДА АЗОТА - Патентная заявка". Faqs.org. Патентные документы. Получено 30 декабря, 2013.
  9. ^ Карабейоглу, А. (2008). «Моделирование событий разложения N2O». Американский институт аэронавтики и астронавтики. 44-я Совместная конференция и выставка по двигательным установкам AIAA / ASME / SAE / ASEE. Хартфорд, Коннектикут: Центр аэрокосмических исследований. Дои:10.2514/6.2008-4933.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка