Войти
Монотопливы - это пропелленты, состоящие из химикатов, которые выделяют энергию в результате экзотермического химического разложения. Энергия молекулярной связи монотоплива обычно высвобождается за счет использования катализатора. Этому можно противопоставить двухкомпонентное топливо, которое выделяет энергию в результате химической реакции между окислителем и топливом. Будучи стабильными при определенных условиях хранения, монотопливы очень быстро разлагаются при определенных других условиях с образованием большого объема собственных энергетических (горячих) газов для выполнения механической работы. Хотя твердые дефлагранты, такие как нитроцеллюлоза, наиболее часто используемое топливо в огнестрельном оружии, можно рассматривать как монотопливо, в технической литературе этот термин обычно используется для обозначения жидкостей.
Чаще всего монотопливные топлива используются в низкоимпульсных монотопливных ракетных двигателях, таких как реактивные двигатели, при этом обычным ракетным топливом является гидразин, который обычно разлагается под действием слоя иридиевого катализатора (гидразин предварительно нагревают, чтобы реагент оставался жидким).. Это разложение создает желаемую струю горячего газа и, следовательно, тягу. Перекись водорода использовалась в качестве источника энергии для насосов топливного бака в ракетах, таких как немецкий V-2 Второй мировой войны и американский Redstone. Перекиси водорода пропускают через платинового катализатора сетки, или вступает в контакт с диоксидом марганца, пропитанные керамические шарики, или Z-Стофф перманганата раствор совместно инъецируют, который вызывает перекись водорода разлагается в горячий пар и кислород.
Монотопливо также используется в некоторых воздушно-независимых силовых установках (AIP) для «заправки» поршневых или газотурбинных двигателей в средах, где свободный кислород недоступен. Оружие, предназначенное в первую очередь для боя между атомными подводными лодками, обычно попадает в эту категорию. Наиболее часто используемым пропеллентом в этом случае является стабилизированный динитрат пропиленгликоля ( PGDN ), часто называемый « топливом Отто ». Потенциальное будущее использование монотоплива, не связанного напрямую с движением, - это компактные высокоинтенсивные силовые установки для водных или внеатмосферных сред.
В 1950-х и 1960-х годах в США была проделана большая работа по поиску более эффективных и более энергоемких монотопливных топлив. По большей части исследователи пришли к выводу, что любое отдельное вещество, которое содержит достаточно энергии, чтобы конкурировать с двухкомпонентным топливом, будет слишком нестабильным для безопасного обращения в практических условиях. С новыми материалами, системами управления и требованиями к высокопроизводительным двигателям инженеры в настоящее время пересматривают это предположение.
Многие частично нитрованные сложные эфиры спирта подходят для использования в качестве одноразового топлива. «Триметиленгликоль динитрат» или 1,3-пропандиол динитрат изомерный с PGDN, и получают в качестве побочного продукта фракционного во всех, кроме самых требовательных лабораторных условий; незначительно более низкий удельный вес (и, следовательно, плотность энергии ) этого соединения свидетельствует против его использования, но небольшие различия в химии могут оказаться полезными в будущем.
Родственный «динитродигликоль», более точно называемый динитратом диэтиленгликоля в современных обозначениях, широко использовался во время Второй мировой войны в Германии, как отдельно в качестве жидкого монотоплива, так и в коллоидном виде с нитроцеллюлозой в качестве твердого топлива. В остальном желательные характеристики этого соединения; он довольно стабилен, прост в изготовлении и имеет очень высокую плотность энергии; омрачены высокой температурой замерзания (-11,5 ° C) и значительным тепловым расширением, что проблематично для космических аппаратов. «Динитрохлоргидрин» и «тетранитродиглицерин» также являются вероятными кандидатами, хотя в настоящее время их использование неизвестно. Полинитраты длинноцепочечных и ароматических углеводородов всегда являются твердыми веществами при комнатной температуре, но многие из них растворимы в простых спиртах или простых эфирах в высокой пропорции и могут быть полезны в этом состоянии.
Гидразин, оксид этилена, перекись водорода (особенно в его немецкой форме времен Второй мировой войны как T-Stoff ) и нитрометан являются обычными ракетными монотопливами. Как уже отмечалось, удельный импульс монотоплива ниже, чем у двухкомпонентного топлива, и его можно определить с помощью инструмента Код удельного импульса химического равновесия ВВС США.
Одно из новых видов топлива, находящихся в стадии разработки, - это закись азота, как в чистом виде, так и в виде топливных смесей закиси азота. Закись азота обладает преимуществами самонагнетания и относительно нетоксичности, со специфическим промежуточным импульсом между перекисью водорода и гидразином. Закись азота при разложении выделяет кислород, и его можно смешивать с топливом с образованием смеси монотоплива с удельным импульсом до 325 с, сравнимой с гипергольными двухкомпонентными топливами.
Прямое сравнение физических свойств, рабочих характеристик, стоимости, сохраняемости, токсичности, требований к хранению и мер по случайному выбросу перекиси водорода, нитрата гидроксиламмония (HAN), гидразина и различных монотопливных газов холодного газа показывает, что гидразин является наиболее эффективным с точки зрения удельного импульса. Однако гидразин также является самым дорогим и токсичным. Кроме того, HAN и перекись водорода имеют импульс наивысшей плотности (общий импульс на данную единицу объема).
Джон Д. Кларк (1972). Зажигание! Неофициальная история жидкого ракетного топлива (PDF). ISBN 0-8135-0725-1.
