топливные пары: перекись водорада-гидриды металлов

Андрей Суворов · 20.02.2009 19:28:09

Что же касается средней плотности топлива литий-фтор-водород, то оно вдвое плотнее топлива кислород-водород.

fagot · 20.02.2009 15:51:12

ЦитироватьНе совсем так - получается ниже, чем теоритический, но все же выше, чем у кислород-водорода, и чуть ниже, чем у фтор-водорода. Фтор-водород можно вообще не рассматривать А отсутвие криогенности и высокая плотность бьют кислород-водород напрочь.

По моим данным, реальный УИ существенно ниже, чем у кислород-водородника. Причем в гибриднике он будет еще ниже из-за наличия связующего.

ЦитироватьЕдинственная пробема ВКПВ+BeO, повторюсь, ЦЕНА

Да, соотношение цена/эффективность у него сильно хромает.

Wyvern · 20.02.2009 23:59:59

Цитировать
ЦитироватьНе совсем так - получается ниже, чем теоритический, но все же выше, чем у кислород-водорода, и чуть ниже, чем у фтор-водорода. ....
По моим данным, реальный УИ существенно ниже, чем у кислород-водородника. Причем в гибриднике он будет еще ниже из-за наличия связующего.

ЦитироватьЕдинственная пробема ВКПВ+BeO, повторюсь, ЦЕНА
Да, соотношение цена/эффективность у него сильно хромает.

ЦитироватьИЗ ИСТОРИИ РАЗРАБОТКИ РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ РД-560 НА ПОРОШКООБРАЗНОМ ГОРЮЧЕМ
B.C. Судаков

Академик В. П. Глушко помимо широких исследований жидких ракетных топлив много внимания уделял изучению топлив с металлсодержащим горючим. Еще в 1930 г. он выдвинул предложение по использованию бериллия в качестве эффективного горючего. Через 33 года в 1963 г. он поручил организованной бригаде перспективного проектирования (начальник бригады Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской премии С. П. Агафонов) проведение проектных и экспериментальных исследований по изучению возможности создания ракетного двигателя на топливе — 96 % перекись водорода (продукты разложения) и порошкообразный гидрид бериллия. Двигатель на этом топливе Глушко хотел предложить для полета на Марс с возращением на Землю. Теоретические расчеты показывают, что такое топливо по удельному импульсу на 12 сек. превосходит кислородно-водородное топливо и обладает преимуществами, присущими высококипящему топливу.

В ходе работ необходимо было обеспечить высокую величину удельного импульса, практически обеспечить плотную укладку мелкодисперсного порошка в баке с последующей организацией его истечения из бака в псевдоожиженном состоянии, и, конечно, решить при этом вопросы подачи порошкообразного горючего под высоким давлением в камеру сгорания. К сложностям освоения гидрида бериллия необходимо отнести его высокую токсичность.

Был разработан проект и принципиальная схема ракетного двигателя РД-560 с тягой 10 тонн. Была предусмотрена насосно-эжекторная система подачи порошкообразного гидрида бериллия и контур псевдоожижения. Впервые был предложен для применения в ракетном двигателе объемный насос винтового типа для подачи порошкообразного (металлизированного) горючего.

Разработка велась по нескольким направлениям: изучение характеристик форсунок для распыла модельного порошкообразного алюминия (размер частиц 5 мкм), псевдоожиженного азотом; испытание модельных камер на 92 % перекиси водорода и порошкообразном алюминии, псевдоожиженном азотом; испытания модельных камер тягой 100 кг на 96 % перекиси водорода и порошкообразном гидриде бериллия (размер частиц 4 мкм) или алюминии, псевдоожиженных водородом.

Большого объема данных по гидриду бериллия получить не удалось, поскольку не удалось организовать получение гидрида бериллия в необходимом для этого количестве.

Ник

Wyvern · 25.09.2009 16:55:34

Поставил, наконец, себе PROPEEP

И решил посчитать реальные хар-ки такого гибридного двигателя :wink:
Топливо твердое композиционное:
Связка Тиокол (сополимер бутадиен-акрил-акрилнитрила) 14% (как на ТТУ "Шаттла")
Гидрид бериллия в микрокапсулах 200-300мкм из метилметакрилата
BeH 78%
PMMA 8%
Перекись 90%, под давлением 70атм (давление влияет мало), соотношение 1:1,2

Импульс удельный 5005м/сек в вакууме. Плотность топлива выше 1, некриогенное, перекись не предельных кон-ций. Так, что - есть за что бороться :wink:

zyxman · 26.09.2009 08:09:11

ЦитироватьБериллий дороже серебра!

А кстати почему? - Из-за малой распространенности сырья из которого его получают или из-за сложности работы с ним?

fagot · 26.09.2009 05:10:08

Пропер конденсированную фазу как-нибудь учитывает?

Wyvern · 26.09.2009 12:22:42

ЦитироватьПропер конденсированную фазу как-нибудь учитывает?

Ессественно

Это программа в основном создана для расчета твердых топлив. Могу отдельно файл выложить, большую таблицу. Он дает и "замороженное" на уровне сопла состояние, и "послойно-прогредиентное" и с идеальным соплом (причем установить внешнее давление = 0 нельзя, максимум 0,001атм

и без сопла, и с разной исходной температурой топлива и т.д. и т.п.
Считается, что расхождение практических величин от данных PROPPEEP не более 1,5% У продвинутых ракетомодельщиков менее 1% выходило. Человек считавший на "Астре" реальные металлизированные топлива для НУРС при их модернизации, сказал, что PROPEEP даже более точен.

Wyvern · 26.09.2009 12:29:55

Цитировать....К сложностям освоения гидрида бериллия необходимо отнести его высокую токсичность

Тут надо бы добавить, что токсичность бериллия и его гидрида сильно меньше, чем у гидразина, причем гидрид бериллия еще и малолетуч, в отличии от того же гидразина и его производных.
И средства защиты сильно разные: фильтрующий противогаз и ОЗК - в случае гидразина, и тканевой респиратор и мытье рук - в случае гидрида бериллия

В микрокапсулированном же виде его токсичность снижается еще в разы

Wyvern · 26.09.2009 12:57:51

Выходной файл PROPEEP:

ЦитироватьRun using June 1988 Version of PEP,
Case 1 of 1 26 Sep 2009 at 11:43:39. 8 am

CODE WEIGHT D-H DENS COMPOSITION
513 HYDROGEN PEROXIDE (90 PC) 119.000 -1439 0.05010 642H 586O
165 BERYLLIUM HYDRIDE 79.000 -399 0.02500 1BE 2H
771 PLEXIGLASS 7.000 -906 0.04260 8H 5C 2O
383 EPOXY 201 2.000 -661 0.04040 24H 16C 4O
786 POLYBUTADIENE ACR A (THIOKOL) 12.000 -160 0.03300 999H 671C 19N 16O

THE PROPELLANT DENSITY IS 0.03583 LB/CU-IN OR 0.9917 GM/CC
THE TOTAL PROPELLANT WEIGHT IS 219.0000 GRAMS

NUMBER OF GRAM ATOMS OF EACH ELEMENT PRESENT IN INGREDIENTS

23.928816 H 7.162934 BE 1.303473 C 0.023778 N
7.145695 O

****************************CHAMBER RESULTS FOLLOW *****************************

T(K) T(F) P(ATM) P(PSI) ENTHALPY ENTROPY CP/CV GAS RT/V
3347. 5564. 1000.00 14700.69 -212.35 750.38 1.1096 12.325 81.133

SPECIFIC HEAT (MOLAR) OF GAS AND TOTAL= 9.703 12.996
NUMBER MOLS GAS AND CONDENSED= 12.3255 6.7573

10.81902 H2 6.75725 BeO* 0.37253 CO 0.31816 C2H2
0.26338 BeH2 0.16227 CH4 0.15008 H 0.06414 Be
0.05707 BeH 0.04880 CH3 0.01987 C2H4 0.01937 CNH
7.72E-03 C2H 6.68E-03 Be2O 4.10E-03 H2O 3.89E-03 BeHO
3.42E-03 BeC2 1.75E-03 N2 1.51E-03 CH2 6.98E-04 NH3
2.65E-04 BeH2O2 2.51E-04 CHO 1.83E-04 CH2O 4.61E-05 CH
4.48E-05 CN 3.45E-05 NH2 2.46E-05 HO 2.45E-05 BeN
1.79E-05 CO2 1.23E-05 BeO 9.05E-06 C2N 8.90E-06 Be2O2
8.77E-06 Be3O3 6.56E-06 C2O 5.41E-06 Be2 5.23E-06 C3
4.95E-06 C

THE MOLECULAR WEIGHT OF THE MIXTURE IS 11.476

****************************EXHAUST RESULTS FOLLOW *****************************

T(K) T(F) P(ATM) P(PSI) ENTHALPY ENTROPY CP/CV GAS RT/V
1331. 1936. 0.01 0.15 -866.41 750.38 1.1460 11.970 0.001

SPECIFIC HEAT (MOLAR) OF GAS AND TOTAL= 7.544 9.142
NUMBER MOLS GAS AND CONDENSED = 11.9700 8.4536

11.96268 H2 7.14540 BeO& 1.30241 C& 0.00599 N2
5.81E-03 Be3N2& 7.53E-04 CH4 2.15E-04 H 1.00E-04 CO
7.29E-05 CNH 1.30E-05 C2H2 4.86E-06 BeH2

THE MOLECULAR WEIGHT OF THE MIXTURE IS 10.723

**********PERFORMANCE: FROZEN ON FIRST LINE, SHIFTING ON SECOND LINE**********

IMPULSE IS EX T* P* C* ISP* OPT-EX D-ISP A*M EX-T
464.7 1.1334 3137. 577.76 6302.6 4614.28 460.8 0.01333 863.
509.9 1.1042 3180. 583.80 6530.2 249.1 6078.80 505.6 0.01381 1331.

Где:
- IMPULSE - вторая строка это импульс удельный в сек
- ISP* - импульс без сопла
- D-ISP - плотностный удельный импульс т.е. суммарный импульс отнесенный не к массе топлива, а к его ОБЪЕМУ.
Вот тот же показатель для водород-кислорода:

ЦитироватьAP-R45 Run using June 1988 Version of PEP,
Case 1 of 1 26 Sep 2009 at 11:49:24.40 am

CODE WEIGHT D-H DENS COMPOSITION
501 HYDROGEN (CRYOGENIC) 1.000 -1068 0.00260 2H
737 OXYGEN (LIQUID) 5.000 -97 0.04120 2O
************************
**********PERFORMANCE: FROZEN ON FIRST LINE, SHIFTING ON SECOND LINE**********

IMPULSE IS EX T* P* C* ISP* OPT-EX D-ISP A*M EX-T
482.1 1.2728 3032. 550.70 7319.8 1921.98 158.2 0.01548 292.
488.9 1.2043 3131. 563.63 7769.2 301.8 1855.85 160.5 0.01643 306.

Как очевидно водород-кислород проигрывает не только по криогенности и долгохранимости, не только по взрывопожароопасности, не только в удельном импульсе на 21 секунду

но и в плотностном импульсе аж В ТРИ РАЗА! И это без учета собственно массы ЖРД :wink:

Wyvern · 26.09.2009 13:14:36

Эти данные легко объяснимы

Достаточно посмотреть на состав истекающих газов:

ЦитироватьВыходной файл PROPEEP:

Run using June 1988 Version of PEP,
Case 1 of 1 26 Sep 2009 at 11:43:39. 8 am

SPECIFIC HEAT (MOLAR) OF GAS AND TOTAL= 8.753 11.861
NUMBER MOLS GAS AND CONDENSED= 13.7729 5.9932

10.81902 H2 6.75725 BeO* 0.37253 CO 0.31816 C2H2
0.26338 BeH2 0.16227 CH4 0.15008 H 0.06414 Be
0.05707 BeH 0.04880 CH3 0.01987 C2H4 0.01937 CNH
7.72E-03 C2H 6.68E-03 Be2O 4.10E-03 H2O 3.89E-03 BeHO
3.42E-03 BeC2 1.75E-03 N2 1.51E-03 CH2 6.98E-04 NH3
2.65E-04 BeH2O2 2.51E-04 CHO 1.83E-04 CH2O 4.61E-05 CH
4.48E-05 CN 3.45E-05 NH2 2.46E-05 HO 2.45E-05 BeN
1.79E-05 CO2 1.23E-05 BeO 9.05E-06 C2N 8.90E-06 Be2O2
8.77E-06 Be3O3 6.56E-06 C2O 5.41E-06 Be2 5.23E-06 C3
4.95E-06 C

THE MOLECULAR WEIGHT OF THE MIXTURE IS 10.879

*************************************************************
AP-R45 Run using June 1988 Version of PEP,
Case 1 of 1 26 Sep 2009 at 11:49:24.40 am

CODE WEIGHT D-H DENS COMPOSITION
501 HYDROGEN (CRYOGENIC) 1.000 -1068 0.00260 2H
737 OXYGEN (LIQUID) 5.000 -97 0.04120 2O

SPECIFIC HEAT (MOLAR) OF GAS AND TOTAL= 12.383 12.386
NUMBER MOLS GAS AND CONDENSED= 5.0739 0.0000

3.60802 H2O 1.24853 H2 0.12640 HO 0.08088 H
5.22E-03 O2 4.64E-03 O 2.52E-04 HO2

THE MOLECULAR WEIGHT OF THE MIXTURE IS 13.796

В случае ВеН2 это в основном водород с средней молярной массой 10.879, в случае с водород-кислородом это в основном вода с средней молярной массой 13.796
Хотя конденсированная фаза (отмеченно у BeO "звездочкой" - *) сильно портит дело - без нее было бы ближе к 2, чем к 10

fagot · 27.09.2009 03:37:03

ЦитироватьЭти данные легко объяснимы Достаточно посмотреть на состав истекающих газов:

Сравнивать топлива нужно в первую очередь по теплотворности, а не по молекулярной массе продуктов сгорания.

fagot · 27.09.2009 03:45:31

ЦитироватьТут надо бы добавить, что токсичность бериллия и его гидрида сильно меньше, чем у гидразина, причем гидрид бериллия еще и малолетуч, в отличии от того же гидразина и его производных.
И средства защиты сильно разные: фильтрующий противогаз и ОЗК - в случае гидразина, и тканевой респиратор и мытье рук - в случае гидрида бериллия
В микрокапсулированном же виде его токсичность снижается еще в разы

Тут хорошо бы привести ПДК и все такое прочее. Гидразины дают нетоксиные продукты сгорания, пролитый гидразин быстро разлагается на нетоксичные соединения, а бериллий токсичен в любом виде.

fagot · 27.09.2009 03:57:05

ЦитироватьКак очевидно водород-кислород проигрывает не только по криогенности и долгохранимости, не только по взрывопожароопасности, не только в удельном импульсе на 21 секунду но и в плотностном импульсе аж В ТРИ РАЗА! И это без учета собственно массы ЖРД :wink:

Зачем же так кричать? Вдруг кто подумает, что ХС различается тоже в три раза.

Касательно массы ЖРД, так для перекиси тоже нужна система подачи и у гибридника в качестве КС используется "бак" горючего с соответствующим влиянием на массовое совершенство. Взрывопожароопасность перекиси оставляет желать лучшего.

октоген · 27.09.2009 17:57:17

Wyvern

А можешь посчитать вакуумный УИ водород+дифторид кислорода?

чайник17 · 28.09.2009 15:35:27

Цитироватьа бериллий токсичен в любом виде.

Хорошая идея :!: - потребовать у Роспотребнадзора, конфисковать у населения, для его же блага, все токсичные изумруды, аквамарины, александриты и прочие бериллы и хризобериллы. Продать врагам, а выручку пустить на развитие космонавтики.

:lol:

чайник17 · 28.09.2009 15:45:26

ЦитироватьА можешь посчитать вакуумный УИ водород+дифторид кислорода?

Спасение утопающих - дело рук самих утопающих:

http://rocketworkbench.sourceforge.net/equil.phtml

чайник17 · 28.09.2009 16:21:24

ЦитироватьТут хорошо бы привести ПДК и все такое прочее. .

http://www.atsdr.cdc.gov/csem/beryllium/docs/beryllium.pdf

Существующие нормы США:

2 мкг/куб. м постоянно, 25 мкг/куб. м до 30 мин

Рекомендованные к внедрению:

0.05 мкг/куб. м постоянно, 0.2 мкг/куб. м до 15 мин.

чайник17 · 28.09.2009 17:02:22

Для сравнения по НДМГ:

http://ntp.niehs.nih.gov/ntp/roc/eleventh/profiles/s077umdh.pdf

Рекомендуемые нормы:

20 мкг/куб. м постоянно, 150 мкг до 2 часов.

То есть, нормы для бериллия раз в 400 более жёсткие, чем для гептила.

чайник17 · 28.09.2009 17:18:23

Ну и ещё для сравнения: для фтора ссылка
1600 мкг/куб. м постоянно, 3100 мкг/куб. м до 15 минут

то есть фтор из этого всего добра самый безвредный. Я уж молчу про LiF, его впору в зубную пасту добавлять...

Wyvern · 28.09.2009 10:56:58

ЦитироватьСуществующие нормы по бериллию США:
2 мкг/куб. м постоянно, 25 мкг/куб. м до 30 мин

Рекомендуемые нормы по НДМГ:
20 мкг/куб. м постоянно, 150 мкг до 2 часов.

Ну и ещё для сравнения: для фтора
1600 мкг/куб. м постоянно, 3100 мкг/куб. м до 15 минут

То есть, нормы для бериллия раз в 400 более жёсткие, чем для гептила.
то есть фтор из этого всего добра самый безвредный. Я уж молчу про LiF, его впору в зубную пасту добавлять...

Сам догадаешься почему? :lol: Ну, вот представь: у тебя стоят три открытые лохани - с фтором, с гептилом и с порошком (сжалюсь, про болванку промолчу

) бериллия. Чем отравится стоящий рядом с ними не защищенный человек? :shock: