Ракетное топливо староверова - 19 /варианты/

Изобретение относится к ракетным топливам. Предложены варианты ракетных топлив на основе декаборана в комбинациях с семью разными окислителями: пятиокисью азота, нитратом аммония, динитрамидом аммония, нитратом бора, нитратом бериллия, шестиокисью азота и азотной кислотой. Достигаемый технический результат заключается в повышении скорости реактивной струи за счет повышения энергетики реакции и за счет получения выделяющихся газов с малым средним молекулярным весом - водорода. Для управления скоростью реакции в топлива может быть добавлен гидрид и/или боргидрид металла или бора. 8 н. и 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к ракетным топливам (далее РТ), хотя бы один из компонентов которых (горючее, окислитель, или однокомпонентное топливо) содержит связанный азот. Известны РТ, содержащие бор или некоторые соединения бора, см. пат. № US 2328519. Однако в них бор используется только как горючее. Изобретение предназначено для гибридных и жидкостных двигателей.

Скорость истечения газов зависит от скорости звука в сжатом газе, который образуется в объеме камеры сгорания (у твердотопливных двигателей таковой является весь объем двигателя). В той смеси газов, которая образуется при горении большинства РТ, и при той температуре и давлении скорость звука обычно не превышает 1300 м/сек, и для ее повышения требуется расширяющееся реактивное сопло.

Между тем скорость звука в водороде даже при нормальных температуре и давлении 1330 м/сек. А если еще и немного повысить температуру и давление водорода, скорость звука резко возрастет. Например, водород с температурой всего 650 градусов С (это ниже температуры его воспламенения) будет иметь при нормальном давлении скорость звука 2360 м/сек.

Кроме того, большинство РТ содержат связанный азот, который при горении выделяется и в свободном виде. Его можно заставить экзотермически реагировать с целью повышения тепловыделения реакции с мелкодисперсным (желательно, наноразмеров) бором или с его горючими соединениями.

На этом и основана идея данного изобретения. Задача и технический результат изобретения - повышение скорости реактивной струи. Не только за счет повышения энергетики реакции, но и за счет получения выделяющихся газов с малым средним молекулярным весом - водорода. Свободный азот, пары воды и, особенно, «тяжелый» CO2 нежелательны.

Эта цель достигается, во-первых, тем, что происходит реакция «половинного горения» гидридов и боргидридов (то есть окисляется только металл, иногда бор). А во-вторых, тем, что идет вторая энергетическая реакция - реакция бора с азотом с образованием нитрида бора. При температуре 800-1200 градусов C происходит реакция:

То есть на единицу добавленного бора получается добавочное тепловыделение 23,37 кдж/г. Такая добавка улучшит тепловыделение любого РТ.

Понятно, что количество атомов бора и азота должно относиться как 1:1+-20% (не считая тех случаев, когда бор используется и в качестве основного горючего).

Реакция образования нитрида бора лучше идет в присутствии восстановителей - угля, сажи, графита, графена, водорода. В некоторых реакциях происходит выделение углерода, поэтому в добавочных количествах восстановителя они не нуждаются, в других случаях рекомендуется добавлять мелкодисперсного угля, графита, сажи или графена в количестве 0,0001-1% (оптимально 0,01-0,1%). Присутствие водорода в продуктах реакции уменьшает или даже исключает потребность в углероде.

В РТ возможны тройные (три исходных компонента) двуэнергетические реакции (две энергетические реакции: кислород-металл и азот-бор) типа «боргидрид-окислитель-гидрид» (они рассмотрены мной ранее). Они обеспечивают хорошее тепловыделение. Но в случае применения в качестве горючего боранов третий компонент становится ненужным. Рассмотрим составы таких топлив с некоторыми наиболее перспективными соединениями.

В данном изобретении рассмотрено применение твердого декаборана с некоторыми наиболее перспективными окислителями.

Все реакции с боранами представляют собой две параллельные реакции, например часть декаборана реагирует с кислородом (только бор), а часть - с азотом, содержащимся в окислителе в связанном состоянии.

Соотношение компонентов: декаборан - 37,63%+-15%, пятиокись азота - 62,37%+-15% (здесь и далее % массовые).

Соотношение компонентов: декаборан - 37,92%+-15%, нитрат аммония - 62,08%+-15%.

Соотношение компонентов: декаборан - 39,64%+-15%, динитрамид аммония - 60,36%+-15%.

Соотношение компонентов: декаборан - 33,19%+-15%, нитрат бора - 66,81%+-15%.

Соотношение компонентов: декаборан - 32,89%+-15%, нитрат бериллия - 67,11%+-15%.

С недавно открытым соединением N3О6 возможна реакция:

Соотношение компонентов: декаборан - 30,69%+-15%, шестиокись азота - 69,31%+-15%.

Соотношение компонентов: декаборан - 36,78+-15%, азотная кислота - 63,22+-15%.

Комбинируя эти реакции между собой и/или с реакциями типа «боргидрид-окислитель-гидрид», можно в определенных пределах регулировать скорость реакции.

Для управления скоростью реакции в любой из вышеперечисленных зарядов может быть добавлен гидрид и/или боргидрид металла или бора. При этом последние практически не участвуют в ходе реакции, хотя и участвуют в изменении концентрации реагирующих веществ, практически можно считать, что они лишь претерпевают термическое разложение с выделением водорода.

ПРИМЕР 1: BeH2=Ве+Н2

ПРИМЕР 2: В2Н6=2В+3Н2

Два эти примера дают пример боргидрида.

ПРИМЕР 3: Ве(ВН4)2=Be+2B+4Н2.

1. Ракетное топливо, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: декаборан - 37,63±15 мас.%, пятиокись азота - 62,37±15 мас.%.

2. Ракетное топливо, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: декаборан - 37,92±15 мас.%, нитрат аммония - 62,08±15 мас.%.

3. Ракетное топливо, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: декаборан - 39,64±15 мас.%, динитрамид аммония - 60,36±15 мас.%.

4. Ракетное топливо, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: декаборан - 33,19±15 мас.%, нитрат бора - 66,81±15 мас.%.

5. Ракетное топливо, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: декаборан - 32,89±15 мас.%, нитрат бериллия - 67,11±15 мас.%.

6. Ракетное топливо, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: декаборан - 30,69±15 мас.%, шестиокись азота - 69,31±15 мас.%.

7. Ракетное топливо, отличающееся тем, что имеет следующее соотношение компонентов: декаборан - 36,78±15 мас.%, азотная кислота - 63,22±15 мас.%.

8. Ракетное топливо по любому из пп. 1-7, отличающееся тем, что дополнительно содержит гидрид и/или боргидрид металла или бора.

9. Ракетное топливо, отличающееся тем, что представляет собой смесь топлив по любому из пп. 1-8.