Смесевое жидкое топливо Гидразиак, Буцетам и прочие Меланжи. За и Против.

[Дмитрий В.]

Я переделку РД-107 поддерживаю. Но на мой взгляд переделывать нужно с прицелом на восстановление производства РД-111 в его современной метановой версии. Для метанового РД-111М2 нужен новый метановый газогенератор, вот и для РД-107 давайте разработаем такой. Разработали? Теперь вводим охлаждение части камеры метаном (и убираем одну из завес). Дальше поднимаем давление (апгрейд ТНА). Тяга будет тонн 120, по сути это уже и есть РД-111(керосиновый). Вот уже после этого переходим на полностью метановый РД-111М2 с двумя новыми большими камерами

"Фантазёр, ты меня называла!"

[Буцетам]

"Фантазёр, ты меня называла!"

Да тут работы года на 4, если нормально взяться.
Год 1
- проект метанового газогенератора - группа 1
- проект метановой турбины - группа 2
- проект арматурной обвязки и труб - группа 3
- проект метанового бачка (взамен перекисного бачка) - группа 4
- проект системы хранения и заправки для метана- группа 5
- группа 6 готовит инфраструктуру для испытаний двигателя (на уже имеющихся стендах)
Шесть рабочих групп стартуют параллельно, к концу года защита проектов групп 1-6
Ещё 3 группы начинают работу над РД-111М2:
- группа 7 делает проект ТНА для метанового РД-111М2
- группа 8 делает проект форсуночной головки "жидкость-газ" для РД-111М2
- группа 9 делает проект метаноохлаждаемой камеры большой тяги (100 тонн, для РД-111М2)

Год 2
- изготовление, сборка, тесты РД-107
К концу года прожиг двигателя РД-107 с метановой турбиной, защита проектов групп 7,8,9 по РД-111М2

Год 3
- доводка, ресурсные испытания РД-107 с метановой турбиной
- форсирование РД-107
- тесты метаноохлаждаемой камеры для РД-111М2
- тесты форсуночной головки для РД-111М2
- тесты ТНА для РД-111М2
- группа

Год 4
Доводка форсированного РД-107 с метановой турбиной
Доводка РД-111М2
Установка РД-107 на ракету, пробный полёт

[Буцетам]

Я принёс вам новое высокоплотное горючее: НДМД (несимметричный диметилдиоксолан-1,3). По сравнению с НДМГ, НДМД слаботоксичен, плотность высочайшая (0,93 при 25°С и до 1 при охлаждении), УИ примерно как у керосина. Стабильность под вопросом, но обычный диоксолан-1,3 не разлагается до 500°С и некоксуется.
ММД (монометилдиоксолан-1,3) тоже перспективен, ожидаемая температура плавления -100°С, плотность при 25°С около 0,98

[ТТоварищ]

Я принёс вам новое высокоплотное горючее: НДМД (несимметричный диметилдиоксолан-1,3). По сравнению с НДМГ, НДМД слаботоксичен, плотность высочайшая (0,93 при 25°С и до 1 при охлаждении), УИ примерно как у керосина. Стабильность под вопросом, но обычный диоксолан-1,3 не разлагается до 500°С и некоксуется.
ММД (монометилдиоксолан-1,3) тоже перспективен, ожидаемая температура плавления -100°С, плотность при 25°С около 0,98

И куда его?
Тоже в Протон?

[Буцетам]

И куда его?
Тоже в Протон?

Не, он несамовоспламенвемый. Просто более подходящей темы не нашлось. Да я думаю он подойдёт вместо керосина для РБ, плотность с переохлаждением очень высокая, уровня вонючки. 
И ожидамая температура плавления ниже -90°С позвляет сделать общее днище с N2O. Не "совмещённыЕ днищА", а буквально одно общее. 
Не знаю кому нужна такая топливная пара, но вот например при каталитическом разложении N2O, в таком двигателе можно получить самовоспламенение. 
То есть, получается, это будет полная, прямая замена для вонючки: по плотности, по УИ, по зажиганию и до некоторой степени по температуре (обеспечить в космосе -90°С можно без активного охлаждения).
Отличие этой "замены для вонючки" от буцетамов в том что Буцетам залил и полетел, в готовую вонючую ракету. А под НДМД/N₂O нужен свой двигатель и свои баки другого объёма (бак О больше, бак Г меньше)

[Буцетам]

1,3-Oxolane is sensitive to acid and readily hydrolyzed to ethylene glycol and formaldehyde. It is quite stable in alkali. Pyrolysis of 1,3-dioxolane at 470–500°C decomposes to formic acid and ethylene.
1,3-диоксолан гидролизуется в кислой и нейтральной средах до этиленгликоля и формальдегида. В щелочной среде устойчив.
Пиролиз 1,3-диоксолана идёт при 470-500°С с образованием этилена и муравьиной кислоты

(Для метилдиоксолана и НДМД я бы ожидал пиролиз до этилена и уксусной кислоты, и до пропилена и уксусной кислоты, соответственно. Температура пиролиза скорее всего будет чуть пониже, но всё равно достаточно высокая чтобы можно было охлаждать двигатель)

[Буцетам]

1,3-диоксолан гидролизуется в кислой и нейтральной средах до этиленгликоля и формальдегида

А ММД гидролизуется до безопасного ацетальдегида. Этого уже достаточно чтобы не волноваться при проливах. Так что у НДМД преимуществ нет. При этом синтез более сложный. А вот ММД можно получать в одну стадию из винилового эфира этиленгликоля
https://chemister.ru/Databases/Chemdatabase/properties.php?dbid=1&id=6698

Плотность ММД 0,98 а плотность НДМД 0,93. Думаю ММД получше будет))

[Буцетам]

The advantages of 1,3-dioxolane over other solvents are that it is not carcinogenic, toxic, explosive or autoflammable.

[Буцетам]

Настольная книга для химика-топливщика! Прокрусту тоже рекомендую взять на вооружение, одно дело смотреть в програмках, другое - экспериментальные данные.
Вот например RPA при попытке симулировать однозонный восстановительный газген (снижение доли окислителя пока температура пламени не упадёт до ≈1000К) ВСЕГДА выдаёт сажу.
Что ты туда ни суй, хоть метан вперемешку с водородом. А в реальности сажи не будет даже на ацетальдегиде С₂Н₄О при 1150°С. Альдегид разложится до СО и СН₄.

[Буцетам]

Химик-топливщик-любитель продолжает разработку . Представлю кое-что в течение часа

[Буцетам]

Итак, поверхностый анализ топлив на основе 1,3-диоксалана.
Какое горючее в принципе мы хотим видеть?
- УИ
- плотность
- нет кокса в каналах
- нет кокса в форсунках
- нет сажи в сладком газе

1. что нам даёт диоксалан С₃Н₆О₂?
- УИ умеренный, предположительно уровня керосина
- плотность 1,06 при 20°С, плотность высочайшая. Температура плавления -95°С, с переохлаждением плотность превысит 1,1(!). И это плотность горючего, а плотность топлива будет ещё выше. Даже выше вонючки.
- нет кокса в каналах (разложение при 400-500 °С)
- нет сажи в ДВГГ? Сажи нет, но будет кокс/смола. Термическое разложение диоксалана (С₃Н₆О₂) идёт до формальдегида (HCOH) и этилена (С₂Н₄). Этилен в горячем газе обязательно даст осадок на стенках.
- кокс на форсунках будет, потому что этилен!
Диоксалан не самое лучшее горючее для ДВГГ, но для ДОГГ или открытого цикла, с подачей на форсунки в жидком виде, хорош.

2. что нам даёт монометилдиоксалан (ММД) С₄Н₈О₂?

- УИ умеренный, но выше чем у диоксалана, потому что в молекуле меньше кислорода
- плотность 0,97 при 20°С по-прежнему высочайшая. С учётом того что для ММГ потребуется больше жидкого кислорода (соотношение О/Г выше), плотность топлива в общем-то может быть не ниже чем у диоксалана (выше керосина и на уровне вонючки)
- А вот разложение ММГ пойдёт БЕЗ этилена! ММГ является циклическим димером уксусного альдегида СH₃COH (C₂H₄O). А уксусный альдегид при 400-500°С разлагается на метан и угарный газ (СH₃COH =СH₄+СО). Я об этом писал в https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru/index.php?msg=2766813
Это означает что и ММГ разложится на метан и угарный газ, и не даст ни кокса на форсунках, ни сажи в ДВГГ.
Вот это горючее! Вот это находка! Но есть ли лучше? Лучше есть.

3. Тример уксусного альдегида - "паральдегид".
https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Паральдегид
Жидкость с формулой С₆Н₁₂О₃ и плотностью 1 при 20°С. Разница невелика, но есть, и паральдегид чемпион по плотности. Разлагаться он будет до тех же веществ СН₄ и СО и кокса не даст. Но кроме рекордной плотности, возможно и УИ у него самый высокий из трёх.
Почему? Да потому что теплоёмкость в Дж/кг у него будет самая низкая (т.к. молекула самая большая) а энтальпия продуктов сгорания, в общем-то, та же самая что и у ММГ и уксусного альдегида. Меньше потери...

Диапазон УИ я попробую оценить в следующем посте, но паральдегид должен быть ближе к верхней границе диапазона. Минус у него тоже есть - температура плавления 13°С. Но на мой взгляд это несущественно и паральдегид лучший выбор. К тому же он токсичен меньше остальных, применялся внутрь в качестве нетоксичного снотворного.

[Буцетам]

Увы, УИ не подтвердился! Я симулировал ММГ/паральдегид смесью газообразных метана и CO, 36/64%  по массе. Это слегка завышает УИ, но даже так разница с керосином 19 секунд (реакции равновесные) или 16 секунд (неравновесность со степени расширения сопла 2 и выше).

А вот пропионовый альдегид (разлагается на CO и С₂Н₆) показал себя лучше, и при неравновесности разница с керосином уже 9 секунд, а не 16. Значит надо вместо ММД копнуть НДМД или симметричный диметилдиоксолан (ДМД). Пока не могу сказать на что они там разлагаются, возможны вартанты как через пропионовый альдегид, так и через этилен. Ну либо использовать пропионовый альдегид как есть, но плотность у него невысокая.
У пропионового альдегида проблемы с разложением, узкий диапазон в котором разложение альдегида уже идёт, а разложение этана до этилена ещё нет. Непонятно, есть ли этот диапазон вообще, или этилен образуется всегда...

Мне лично кажется что 16 секунд невысокая цена за плотность и ДВГГ без сажи и без кокса. Я бы за импульсом не гнался, а взял паральдегид

[Буцетам]

Термическое разложение диоксалана (С₃Н₆О₂) идёт до формальдегида (HCOH) и этилена (С₂Н₄). Этилен в горячем газе обязательно даст осадок на стенках.

Нашёл в другой статье схему посложнее. Первичное разложение до формальдегида и ацетальдегида, а если реакция пошла дальше, то диоксалан разлагается на этилен, водород и углекислый газ. В зависимости от условий и степени разложения, этилена может и не быть (столбцы 1 и 2). И кокса не будет.
Всё равно, по УИ диоксалан провалится ещё ниже чем ММГ, а плотность почти не вырастет, так что такое горючее нам не нужно.
Но раз схема реакций сложнее чем казалось, имеет смысл снова рассмотреть НДМД и ДМД, может и у них этилена не будет, кто знает...

[Prokrust]

Настольная книга для химика-топливщика! Прокрусту тоже рекомендую взять на вооружение, одно дело смотреть в програмках, другое - экспериментальные данные.
Вот например RPA при попытке симулировать однозонный восстановительный газген (снижение доли окислителя пока температура пламени не упадёт до ≈1000К) ВСЕГДА выдаёт сажу.
Что ты туда ни суй, хоть метан вперемешку с водородом. А в реальности сажи не будет даже на ацетальдегиде С₂Н₄О при 1150°С. Альдегид разложится до СО и СН₄.

Так чем вас этиловый спирт  не устраивает? Тоже же самое, атом кислорода не отпустит углерод, будет метиловый огрызок и моноокись углерода. Никаких двойных связей.

[Буцетам]

Так чем вас этиловый спирт  не устраивает?

Плотностью он меня не устраивает. Плотность ниже, объём баков выше, масса баков растёт, теряем ПН. А диоксалановые производные свой этот более низкий УИ могут отыграть увеличением плотности.

[zero17]

Я принёс вам новое высокоплотное горючее: НДМД (несимметричный диметилдиоксолан-1,3). По сравнению с НДМГ, НДМД слаботоксичен, плотность высочайшая (0,93 при 25°С и до 1 при охлаждении), УИ примерно как у керосина. Стабильность под вопросом, но обычный диоксолан-1,3 не разлагается до 500°С и некоксуется.
ММД (монометилдиоксолан-1,3) тоже перспективен, ожидаемая температура плавления -100°С, плотность при 25°С около 0,98

ЖК + НДМГ дает удельный импульс немного больше чем у керосина
жидкий кислород - НДМГ

[zero17]

Среди известных углеводородных горючих Синтин и Боктан остаются для кислородных ракетных двигателей вне конкуренции: для давления в камере сгорания 8 МПа и геометрической степени расширения сопла 400 Синтин обеспечивает прирост удельного импульса тяги на 62 м/с по сравнению с Нафтилом, а Боктан — на 50 м/с. Из перспективных энергоемких авиационных горючих интерес представляет горючее ДЦП НБД, которое обеспечивает прирост удельного импульса тяги на 22 м/с по сравнению с горючим Нафтил при сущест

[Дмитрий В.]

Афродизиак и Буцефал

[Буцетам]

НДМГ

Что "НДМГ"? Вы в первый раз в этой теме? Эта тема строго НЕ про гептил, гептил - плохо, много рака. 
Весь подбор топлив в этой теме ведётся с акцентом на низкую токсичность. А диоксоланы практически безопасны (ну глаза может обжечь если дышать над баком). Паральдегид вообще принимают внутрь как нетоксичное снотворное

[Буцетам]

Среди известных углеводородных горючих Синтин и Боктан

У Синтина 2й класс опасности, а так-то конечно штука хорошая плотная.