Green propulsion research at TNO the Netherlands

• Autorzy: Mayer A. , Wieling W.

Identyfikatory

DOI

10.2478/TAR-2018-0026

Warianty tytułu

PL

Badania nad ekonapędem w TNO w Holandii

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper describes the recent theoretical and experimental research by the Netherlands Organisation for Applied Scientific Research (TNO) into green replacements for hydrazine, hydrazine derivatives and nitrogen tetroxide, as propellants for inspace propulsion. The goal of the study was to identify propellants that are capable of outperforming the current propellants for space propulsion and are significantly less hazardous for humans and the environment. Two types of propellants were investigated, being monopropellants and bipropellants. The first section of the paper discusses the propellant selection. Nitromethane was found to be the most promising monopropellant. As bipropellant, a combination of hydrogen peroxide (HP) and ethanol was selected, where the ethanol is rendered hypergolic with hydrogen peroxide. The second part of the paper describes the experimental verification of these propellants by means of engine testing. Initiation of the decomposition of nitromethane was found to be problematic, hypergolic ignition of the hydrogen peroxide and ethanol bipropellant however was successfully demonstrated.

PL

W niniejszym artykule opisano wyniki najnowszych teoretycznych i eksperymentalnych badań Holenderskiej Organizacji Stosowanych Badań Naukowych (TNO) na rzecz ekologicznych zamienników hydrazyny, pochodnych hydrazyny i tetratlenku diazotu, jako materiałów do napędu rakietowego. Celem badań była identyfikacja materiałów napędowych, mogących osiągnąć lepsze wyniki niż obecne paliwa rakietowe i będąc jednocześnie mniej niebezpiecznymi dla ludzi i środowiska. Zadano dwa typy materiałów pędnych, tak zwane „monopropellant” i „bipropellant”. W pierwszej części artykułu omówiono wybór materiału pędnego. Nitrometan okazał się najbardziej obiecującym materiałem typu „monopropellant”. Jako „bipropellant” wybrano połączenie nadtlenku wodoru (HP) i etanolu, w którym etanol zmodyfikowano hypergolicznie nadtlenkiem wodoru. W drugiej część artykułu opisano eksperymentalną weryfikację zastosowania materiałów napędowych za pomocą testów silnika. Pomimo początkowych problemów z rozkładem nitrometanu, udowodniono hipergoliczny zapłon nadtlenku wodoru i zademonstrowano „bipropellant” etanolowy.

Słowa kluczowe

EN

green propulsion; monopropellant; bipropellant; hydrogen peroxide; nitromethane

PL

napęd ekologiczny; monopropellant; bipropellant; nadtlenek wodoru; nitrometan

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Transactions on Aerospace Research
• Rocznik: 2018
• Tom: Nr 4 (253)
• Strony: 5--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Mayer A.

• TNO, The Netherlands Institute for Applied Scientific Research, Lange Kleiweg 137, 2288GJ Rijswijk, The Netherlands

autor

Wieling W.

• TNO, The Netherlands Institute for Applied Scientific Research, Lange Kleiweg 137, 2288GJ Rijswijk, The Netherlands

Bibliografia

• [1] ECHA, 2011, “Inclusion of Substance s of Very High Concern in the Candidate List”, ED/31/2011, https://echa.europa.eu/documents/10162/c5b972a9-f57f-4fd5-8177-04b4e46c5e93
• [2] ECHA, 2015, "Opinion proposing harmonised classification and labelling at EU level of Methylhydrazine”, CLH-O-0000001412-86- 75/Fhttps://echa.europa.eu/documents/10162/091dd193-2571-417d-b980-7ee4f0598e54
• [3] Tereza Pultarova, 2017, "Hydrazine ban could cost Europe’s space industry billions”, Spacenews, http://spacenews.com/hydrazine-ban-could-cost-europes-space-industry-billions/
• [4] United Nations, 2011, "Globally Harmonized System of Classification and Labeling of Chemicals (GHS), Fourth revised edition”, ST/SG/AC.10/30/Rev.4
• [5] Andreas Gernoth, 2016, “Statement of Work, Assessment of high performance green propellants”, AO8634, ESA-TRP-TECMPC-SOW-001891
• [6] Gordon, S. Computer program for calculation of complex chemical equilibrium compositions, rocket performance, incident and reflected shocks and Chapman-Jouguet detonations. s. l. : NASA publication SP-273, 1976. NASA publication SP-273.
• [7] McBride, B. J. Computer program for the calculation of complex chemical equilibrium compositions and applications: Users manual and program description. s. l. : NASA reference publication 1311, 1996.
• [8] Kiyoshi Otsuka, Shoji Kobayashi, Sakae Takenaka, 2000,“Catalytic decomposition of light alkanes, alkenes and acetylene over Ni/SiO2”, Applied Catalysis A: General 210 (2001) 371-379
• [9] Anders Larsson and Niklas Wingborg, 2011,"Green Propellants Based on Ammonium Dinitramide (ADN)”, Advances in Spacecraft Technologies (p. 139-156), ISBN 978-953-307-551-8
• [10] Tadeusz Urbanski, 1964 "Chemistry and Technology of Explosives Vol. I”, Pergamon press, PWN-Polish scientific publishers
• [11] “Electronic Code of Federal Regulations, e-CFR data is current as of November 15, 2017”, https://www.ecfr.gov/cgi-bin/text-idx?SID=4a5cb15c53be897dc-59f5ea40636a2a2&mc=true&node=sp49.2.172.b&rgn=div6
• [12] H. M. Kindsvater, K. K. Kendall, K. H. Mueller, P. P. Datner, 1951, "Research on Nitromethane”. Aeroject Engineering Cooperation, Report no. 493.
• [13] Brian M. Melof and Mark C. Grubelich,2000, "Investigation of Hypergolic Fuels with Hydrogen Peroxide”, 3rd International Hydrogen Peroxide Propulsion Conference, SAND2000-2842C
• [14] Palmer, R. K. & Rusek, J. J., 2004, "Low-Toxicity Reactive Hypergolic Fuels for Use with Hydrogen Peroxide”, 2nd International Conference on Green Propellants for Space Propulsion (ESA SP-557). 7-8 June 2004
• [15] R. Yetter, “Combustion issues and approaches for chemical microthrusters”, International journal of Energetic Materials and Chemical Propulsion, 2007.
• [16] J. Boyer, "Combustion characteristics and flame structure of nitromethane liquid monopropellant”, Penn State University, 2005.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).