Zapłon hipergoliczny stabilizowanego nadtlenku wodoru z węglowodorami promowanymi katalitycznie

• Autorzy: Rarata G. , Surmacz P.

Warianty tytułu

EN

The hypergolic ignition of stabilized hydrogen peroxide and catalitically promoted hydrocarbons

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zwrócono uwagę na możliwość wykorzystania sężonych, stabilizowanych roztworów nadtlenku wodoru (H2O2) w celu wypracowania jak najprostszej oraz skutecznej metody zapłonu węglowodorów ciekłych. Zastosowanie odpowiednio stężonego, stabilizowanego fosforanami, nadtlenku wodoru jako utleniacza (o stężeniu 85% i powyżej) oraz stałego katalizatora jego rozkładu (np. w postaci jego zawiesiny w paliwie) pozwala na uzyskanie samozapłonu spełniającego cechy tzw. zapłonu hipergolicznego (ang. hypergolic). Rzeczywiste układy hipergolowe (np. dwuskładnikowy układ ciekłego paliwa rakietowego oraz utleniacza) ulegają samoczynnemu zapłonowi w chwili, gdy ich składniki ulegną wymieszaniu. Są one jednak dość kłopotliwe w przechowywaniu i transporcie, ale raczej niezawodne w użytkowaniu w silniku rakietowym - gdyż nie wymagają dodatkowych systemów zapłonowych. W określonych warunkach stężony nadtlenek wodoru również może stanowić ciekły utleniacz, który posiada jednocześnie cechy hipergolika w stosunku do odpowiednio spreparowanych paliw weglowodorowych. Jedną z metod wykorzystywaną w tym celu może być dodatek katalizatora do paliwa węglowodorowego w postaci jego drobnokrystalicznej soli. Dalsze prace badawcze wymagane sa w kierunku określenia różnic w zachowaniu się układu przy zastosowaniu HTP (zamiast silnie stabilizowanego H2O2) czy też w warunkach odpowiadających pracy prawdziwego silnika rakietowego.

EN

The paper presents a simple and effective approach towards receiving the hypergolic ignition of a potential environmentally friendly liquid propellant consisting of stabilized hydrogen peroxide as a oxidizer (with a concentration of 85% or higher) and hydrocarbon fuels for use in rocket engines. Simple tests conducted up to now prove positive effect of relatively small amount of metal salt catalyst in fuels for elicitation of the hypergolic ignition. Such bipropellant formulation may be utilized in a real rocket engine environment - for instance in a pressure-fed liquid propellant rocket engine. However, to establish such technology more tests are needed to perform to find what kind of effects exerts the amount of catalyst and the initial temperature of the fuel on the ignition delay of such hypergolic bipropellants. An experimental program aimed at determining the effects of initial ambient pressure, initial ambient gas properties, and hydrogen peroxide concentration on ignition delay. Results show that ignition delay can be reduced by increasing the hydrogen peroxide concentration. The applicability of traditional vaporization and ignition theories to the ignition of a catalytically promoted fuel with rocket grade hydrogen peroxide are shortly discussed as well. However, the paper emphasizes that there are also many other important issues that must be taken into account, such as the level of stabilizers in the H202 or the difference between the ignition delay times from open cup tests and those from rocket engine static firings.

Słowa kluczowe

PL

silniki rakietowe; zapłon hipergoliczny stabilizowanego nadtlenku wodoru; węglowodory promowane katalitycznie

EN

rocket engines; hypergolic ignition; hydrogen peroxide; hydrocarbons; liquid propellant

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Lotnictwa
• Rocznik: 2011
• Tom: Nr 12 (221)
• Strony: 173--181
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Rarata G.

autor

Surmacz P.

• Instytut Lotnictwa, Warszawa

Bibliografia

• [1] P. R. Stokes, “Hydrogen Peroxide for Power and Propulsion"; Science Museum London, 1998.
• [2] E. Wernimont, M. Ventura, G. Garboden, P. Mullens, “Past and Present Use of Rocket Grade Hydrogen Peroxide”, General Kinetics, LLC Aliso Viejo, CA 92656.
• [3] N. C. Hill, “Black Arrow”. A Vertical Empire: The History of the UK Rocket and Space Programme, 1950-1971, London: Imperial College Press., 2006.
• [4] M. Ventura, G. Garboden, “A Brief History of Concentrated Hydrogen Peroxide Uses”, General Kinetics, LLC Aliso Viejo, AIAA-99-2739.
• [5] G. P. Sutton, O. Biblarz, “Rocket Propulsion Elements”, 7th Edition, Canada, 2001.
• [6] A. Pasini, L. Torre, L. Romeo, A. Cervone, L. D’Agostino, J. Propuls. Power 24, 507-515, 2008.
• [7] A. Russo Sorge, M. Turco, G. Pilone, G. Bagnasco, J. Propuls. Power 20, 1069-1075, 2004.
• [8] A. E. Shilov, N. N. Semenov and the chemistry of the 20th century (to 100th anniversary of his birth), Pure & Applied Chemistry, vol. 69, No. 4, pp. 857-863, 1997.
• [9] V. N. Kondrat’ev, Gas-Phase Reactions: Kinetics and Mechanisms, Springer-Verlag, 1980.
• [10] N. M. Emanuel, Journal of Physics and Chemistry, USSR, vol. 19, 1945.