Фтор

Автор kopiev, 04.04.2009 01:44:33

« предыдущая - следующая »

0 Пользователей и 1 гость просматривают эту тему.

kopiev

Не скажите, почему фтор в качестве окислителя не прижился на разгонных блоках (Блок-Д, Фрегат, Центавр и т.п.)?

Удельный импульс при использовании водорода максимальный в данном случае, а токсичность уже не актуальна.

Удельный импульс - 449 секунд (кислород - 428 секунд), температура в камере сгорания - 4707 К. Из-за температуры?

mrvyrsky

ЦитатаНе скажите, почему фтор в качестве окислителя не прижился на разгонных блоках (Блок-Д, Фрегат, Центавр и т.п.)?

Удельный импульс при использовании водорода максимальный в данном случае, а токсичность уже не актуальна.

Удельный импульс - 449 секунд (кислород - 428 секунд), температура в камере сгорания - 4707 К. Из-за температуры?

Оно мож и не токсично, когда высоко горит. Но это не отменяет все проблемы, связанные с испытаниями при создании, транспортировкой, хранением, заправкой и прочим. Потом, во всяком полёте есть некий элемент неопределённости - ракеты падают, блин. Теперь представьте - ракета с парой тонн втора (пусть даже с парой сотней кг) падает на пастбище в Казахстане, или рядом с каким-нть посёлком на Урале. Вам мало трудностей с гептилом?
СТАРЫЙ С НАМИ! С НИМ - ПОБЕДИМ!

mistermuscle

То МрВырский

И че, ну разольется при падении несколько тонн фтора и что?
Фтор газ низкокипящий это раз - он тутже испариться, а в условиях открытого пространства, при содействии ветра итп - ПДК в месте падения наступет через пару минут.

А во вторых он химически активен и быстро перейдет в соединения - фториды - которые опасны не более чем хлориды, один из которых мы каждый день едим!  :P
не все йогурты одинаково полезны

kopiev

Они же в случае проблем подрываются? Это мгновенно свяжет фтор в химически нейтральные вещества (и фтор и плавиковую кислоту).

Все ж таки температура горения кажется более вероятной причиной. Еще криогенное топливо - хранение.

Но преимущество просто колоссальное. С учетом того, что по водороду для вакуума цифра занижена, в реальности должно быть для "F2+H2" до 500 секунд, то есть примерно в полтора раза больше эффективности гептила (то же токсичного кстати). Про гептил говорят на первой ступени, все остальное никого не волнует (по моему).

KBOB

ЦитатаОни же в случае проблем подрываются? Это мгновенно свяжет фтор в химически нейтральные вещества (и фтор и плавиковую кислоту).

Все ж таки температура горения кажется более вероятной причиной. Еще криогенное топливо - хранение.

Но преимущество просто колоссальное. С учетом того, что по водороду для вакуума цифра занижена, в реальности должно быть для "F2+H2" до 500 секунд, то есть примерно в полтора раза больше эффективности гептила (то же токсичного кстати). Про гептил говорят на первой ступени, все остальное никого не волнует (по моему).

http://engine.aviaport.ru/issues/07/page28.html
ЦитатаОдной из главных технических сложностей использования фтора является его исключительно высокая химическая агрессивность, приводящая к возгоранию большинства веществ. А если есть источник возгорания, то в среде фтора процесс горения интенсивно развивается, гореть начинают даже металлы, обычно с фтором не взаимодействующие.
ЦитатаОстается сравнить показатели экономичности двигателей, работающих на топливах фтор + водород и кислород + водород. Хотя "в металле" двигатель на фторно-водородном топливе не был разработан, но с большой степенью уверенности можно утверждать, что на базе имеющихся проработок такого двигателя в ОКБ-456, а также с использованием апробированных технических решений двигателей 11Д14 и РД-0120 успешная разработка фторно-водородного двигателя вполне реальна, при этом можно получить параметры и характеристики, близкие к расчетным. Проведенное сравнение удельных импульсов тяги двигателей, работающих на топливах фтор + водород и кислород + водород показало, что фторный двигатель обладает на 20 с большим удельным импульсом тяги.
Но окупит ли это приращение те затраты по организации транспортировки, хранения, разработки специальной наземной инфраструктуры для работы с чрезвычайно токсичным и химически активным фтором? На этот вопрос объективный ответ можно дать только по итогам решения конкретной задачи.
ЦитатаПодводя итоги рассказу об истории разработки фторных двигателей и анализу их места среди современных ЖРД, выскажу собственное мнение о перспективах их применения. Оно не обязательно совпадает с мнением других работников НПО Энергомаш. Можно себе представить некую гипотетическую космическую задачу, для решения которой удельной энергетики кислородно-водородного топлива окажется недостаточно. В этом случае предстоит сделать выбор из трех наиболее реальных вариантов:
- ЖРД на фторно-водородном топливе,
- ЖРД на трехкомпонентном топливе: фтор + водород + литий;
- ЯРД с водородом в качестве рабочего тела.
 
Учитывая весь комплекс технических вопросов, подлежащих решению в процессе разработки и эксплуатации указанных двигателей, и уровень получаемых при их работе параметров, автор склонен считать целесообразной концентрацию усилий на разработке ЯРД, который способен обеспечить получение существенно более высокого удельного импульса тяги, чем ЖРД.

Чем с фтором заморачиваться - лучше сразу ЯРД.
Россия больше чем Плутон.

KBOB

Где-то находил статью на английском о проработке концепции трехкомпонентного двигателся фтор+водород+литий.
Наиболее практичным оказалось сжигание фтора с избытком водорода, а затем ниже по потоку добавка жидкого лития и его горение в парах плавиковой кислоты (был создан стендовый двигатель тягой около килограмма).
В связи с этим интересно узнать какой теоретический УИ имет техкомпонентник плавиковая кислота+водород+литий?
Россия больше чем Плутон.

kopiev

ЯРД звучит более ядовито. То есть Ядерный Ракетный Двигатель.

Его никто не будет использовать на одноразовом разгонном блоке поверх РН. В этом можно не сомневаться.

Насколько я знаю, наиболее тугоплавки силикаты. Соединения кремния с фтором наверняка также. Очевидно в последнем случае, причин бояться чрезвычайной агрессивности фтора нет. Для получения генераторного газа можно использовать кислород.

С литием очень интересно. Получается щелочной металл в кислоте.

KBOB

Жидкий литий это долгохранимое топливо для возврата с поверхности Венеры! С окислителем правда непонятки, но можно использовать углекислый газ местного разлива!
Россия больше чем Плутон.

kopiev

ЦитатаЖидкий литий это долгохранимое топливо для возврата с поверхности Венеры! С окислителем правда непонятки, но можно использовать углекислый газ местного разлива!

То есть вопрос топика изменен: каков удельный импульс двигателя на компонентах (фтор+водород)+литий, и почему его еще не придумали.

Птыц

ЦитатаНасколько я знаю, наиболее тугоплавки силикаты. Соединения кремния с фтором наверняка также.
К сожалению, вы не правы. Фторид кремния - при н.у. газ (температура возгонки -95 C). Гексафторосиликат натрия плавится при 846 C (сравните с метасиликатом натрия: температура плавления 1088 C)

kopiev

Цитата
ЦитатаНасколько я знаю, наиболее тугоплавки силикаты. Соединения кремния с фтором наверняка также.
К сожалению, вы не правы. Фторид кремния - при н.у. газ (температура возгонки -95 C). Гексафторосиликат натрия плавится при 846 C (сравните с метасиликатом натрия: температура плавления 1088 C)

цитата с сайта http://bookz.ru/authors/nikolai-javoronkov/zhavon01/page-12-zhavon01.html
ЦитатаТак что стабильный повышенный интерес к редким элементам вполне объясним. Может ли, скажем, ту же космонавтику, металлургию или физику твердого тела оставить "равнодушными?" такое свойство редких элементов, как высокая термическая устойчивость? А ведь она у них, ч го называется, суперсупер. Гафний, ниобий, тантал и рений, например, плавятся при температуре свыше 2 тысяч градусов Цельсия.
Высокой огнеупорностью характеризуются их окислы, а температура
плавления карбидов этих же элементов превышает 4 тысячи градусов. Но наибольшая тугоплавкость все же у смешанного карбида титана и гафния. Он плавится при 4125 градусах Цельсия.
видимо в данном случае нужны не окислы, а фториды этих элементов или других элементов (без вариантов?). Самая высокая температура плавления у вольфрама - 3695 K, недостаточно и в чистом виде скорее всего будет реагировать с  F & HF. Наибольшая известная точка плавления - Карбид тантала-гафния (Ta4-Hf-C5) - 4489 K.

Так или иначе, видимо именно технологические проблемы "в ходе использования" основная причина отсутствия применения, то есть - высокая температура горения. Все остальное кажется несущественным или решаемым.

Птыц

Цитатавидимо в данном случае нужны не окислы, а фториды этих элементов или других элементов (без вариантов?).
Видимо, я не достаточно ясно разъяснил. Кислород - двухвалентный элемент и способен образовывать две одинарные связи, например Si-O-Si, W-O-W. Это повышает температуру плавления ковалентных соединений. Фтор таких "мостиковых" связей образовать не может (он одновалентный). Поэтому WO3 плавится при 1473 C, а WF6 - кипит при 17 C. То же самое и с пАрами SiO2/SiF4: ок.1730 C/-95 C или HfO2/HfF4: 2780 С/974 C.

Температуры же плавления ионных соединений обычно ниже, чем ковалентных с "мостиковыми" связями. См. пред. пост температуры плавления натриевых солей кремневой и фторкремневой кислот или например Li2O/LiF: 1453 C/849 C

ЦитатаСамая высокая температура плавления у вольфрама - 3695 K, недостаточно и в чистом виде скорее всего будет реагировать с  F & HF.
Вольфрам при температуре красного каления окисляется кислородом. Реакция же со фтором (F2) идет при комнатной температуре. При комнатной температуре W реагирует с HF только в присутствии окислителей (например азотной кислоты).

ЦитатаТак или иначе, видимо именно технологические проблемы "в ходе использования" основная причина отсутствия применения, то есть - высокая температура горения. Все остальное кажется несущественным или решаемым.
Где-то на форуме уже обсуждался вопрос смеси H2+F2+Li. Можете попробовать поискать.

Гусев_А

Ни кто не знает, на сколько активно будет происходить реакция замещения кислорода фтором на поверхности из оксида тех тугоплавких металлов в камере сгорания и шейке сопла? Может просто разрушение поверхности будет не на столько глубоким, чтоб говорить о невозможности применения фтора.

Фтор выгоден даже не столько тем, что при применении с водородом у него более высокий УИ. Еще очень удобно его применение из за того, что продукт горения:HF содержит всего по одному атому топлива и окислителя (особенно для водорода), благодаря этому очень заметно уменьшается объем баков.
Одно из двух: или получится, или все равно когда нибудь, у кого нибудь, что нибудь ПОЛУЧИТСЯ!!!

kopiev

ЦитатаГде-то на форуме уже обсуждался вопрос смеси H2+F2+Li. Можете попробовать поискать.
F2? (F, Cl и т.д. галогены, а не F2, Cl2) или я не прав? + Спасибо за очень интересный ответ.

На самом деле остается непонятной одна вещь: если такой двигатель при современном состоянии технологий маловероятен, и видимо не существует, то каким образом были получены данные по удельному импульсу?
Теоретически исходя из таких соображений:
1) температурный выход химической реакции;
2) соответствующее увеличение давление по первому закону термодинамики (P*V = k*T) при фиксированном объеме;
3) соотнесением его с массовым потреблением компонентов.

Как Вы считаете, скорее всего это и есть тот способ получения цифр, который они использовали?

Если так, то какая химическая реакция наиболее интересна в контексте топика?

По всей видимости, трех-, четырех-компонентные схемы приведут только к ухудшению показателя.

саша

ЦитатаПо всей видимости, трех-, четырех-компонентные схемы приведут только к ухудшению показателя.
не факт

kopiev

Цитата
ЦитатаПо всей видимости, трех-, четырех-компонентные схемы приведут только к ухудшению показателя.
не факт
Это скорее всего "грабли". Из общих соображений:
1) H2 + 2*F -> 2*HF +  E1
    2*Li + 2*HF -> 2*LiF + H2 + E2
и
2) Li + F -> 2*LiF + E3
Видимо выход в первом случае "E1 + E2" примерно равен "E3" и не оправдает добавления новой компоненты.

3) Может быть интересно? Выход LiF + H2O. (атмосферный).
H2 + 2*F -> 2*HF +  E1
2*Li + 2*HF -> 2*LiF + H2 + E2
2*H2 + O2 -> 2*H2O + E4

саша

Цитата
Цитата
ЦитатаПо всей видимости, трех-, четырех-компонентные схемы приведут только к ухудшению показателя.
не факт
Это скорее всего "грабли". Из общих соображений:
1) H2 + 2*F -> 2*HF +  E1
    2*Li + 2*HF -> 2*LiF + H2 + E2
и
2) Li + F -> 2*LiF + E3
Видимо выход в первом случае "E1 + E2" примерно равен "E3" и не оправдает добавления новой компоненты.

3) Может быть интересно? Выход LiF + H2O. (атмосферный).
H2 + 2*F -> 2*HF +  E1
2*Li + 2*HF -> 2*LiF + H2 + E2
2*H2 + O2 -> 2*H2O + E4
1)H2+2*F+2*Li -> E1+E2,по отдельности конечно
A почему Е3 равно Е2+Е1 , только из конечного продукта или это отдельный расчёт

kopiev

ЦитатаA почему Е3 равно Е2+Е1 , только из конечного продукта или это отдельный расчёт
Нет никакого расчета (даже джоули не искал), только интуиция. Скорее всего верно. Дополнительный компонент показатель УИ очень сильно "придавит".

саша

"Придавит" - если реакции идут параллельно, последовательно - когда вторая реакция идёт на продуктах первой,УИ должен прирасти.

kopiev

Цитата"Придавит" - если реакции идут параллельно, последовательно - когда вторая реакция идёт на продуктах первой,УИ должен прирасти.
То есть Вы хотите сказать, что в химии возможен вечный двигатель:
1) Идем по цепочке реакций с выделением энергии, приходим к результату, который можно также получить с выделением энергии,
2) расщепляем результат, затратив часть полученной энергии на цепочке, и так по кругу? Вряд ли.

Ну так каков же теоретически достижимый удельный импульс жидкостного ракетного двигателя? Вот вопрос.