ракетное горючее

Классы МПК:C06B25/00 Составы, содержащие нитрированное органическое соединение
C06B25/04 нитрированное ароматическое соединение
C06D5/00 Получение сжатого газа, например для взрывных патронов, пусковых патронов, пиротехнических ракет
C10L1/12 неорганические соединения 
C10L1/14 органические соединения 
C10L1/224 амиды; имиды
C06B27/00 Составы, содержащие металл или неметалл, например бор, кремний, селен или теллур или их смеси, их соединения друг с другом или гидриды в комбинации с углеводородами или галогензамещенными углеводородами
Патентообладатель(и):Староверов Николай Евгеньевич (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-07-09
публикация патента:

Изобретение относится к ракетным топливам для жидкостных, твердотопливных и гибридных ракетных двигателей, а также для экстремальных поршневых и турбореактивных двигателей. Данное топливо характеризуется тем, что содержит в качестве горючего только металл (бериллий, литий, алюминий) или бор. В качестве окислителя топливо содержит динитрамид аммония, нитраты бора или бериллия, пятиокись азота. Особенностью изобретения является использование высокоэнергетичных реакций и газосодержащего окислителя. Причем газы окислителя служат только для образования реактивной струи. 8 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 пр.

Формула изобретения

1. Ракетное топливо, отличающееся тем, что соотношение компонентов топлива: бериллия - 22,52%±15%, динитрамида аммония - 77,48%±15%.

2. Ракетное топливо, отличающееся тем, что соотношение компонентов топлива: бериллия - 12,68%±10%, динитрамида аммония - 87,32%±15%.

3. Ракетное топливо, отличающееся тем, что соотношение компонентов топлива: бериллия - 25,30%±15%, нитрата бериллия - 74,70%±15%.

4. Ракетное топливо, отличающееся тем, что соотношение компонентов топлива: бериллия - 25,56%±15%, нитрата бора - 74,44%±15%

5. Ракетное топливо, отличающееся тем, что соотношение компонентов топлива: бериллия - 29,44%±15%, пятиокиси азота - 70,56%±15%.

6. Ракетное топливо, отличающееся тем, что соотношение компонентов топлива: лития - 30,92%±15%, динитрамида аммония - 69,08%±15%.

7. Ракетное топливо, отличающееся тем, что соотношение компонентов топлива: бора - 18,85%±15%, динитрамида аммония - 81,15%±15%.

8. Ракетное топливо, отличающееся тем, что соотношение компонентов топлива: алюминия - 35,83%±15%, динитрамида аммония - 64,17%±15%.

9. Ракетное топливо по одному из пп.1-8, отличающееся тем, что металл скреплен небольшим количеством связующего, например, полиэфирной или эпоксидной смолы, полиуретана, причем полимеризация мономера желательна радиационная.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ракетным топливам для твердотопливных и гибридных ракетных двигателей, а также для экстремальных поршневых и турбореактивных двигателей.

Известны горючие ракетные топлива, см., например, мой пат. № 2424279 «Горючее», состоящее наполовину из ацетилена и этилена, что позволяет использовать ацетилен в растворенном, то есть жидком криогенном виде.

Известен «Ракетный двигатель Староверова - 10» (свежеподанная заявка на изобретение), в котором тепловыделение топлива, содержащего связанный азот, увеличивается при горении за счет реакции азота с бором с образованием нитрида бора с выделением 23,37 мдж/кг на единицу добавленного бора.

Важнейшим показателем любого топлива, используемого в любом двигателе (автомобильном, турбореактивном, ракетном), является не теплотворная способность, то есть выделение при сгорании тепла на единицу своей массы, а приведенная теплотворная способность, то есть тепловыделение на единицу участвующего в стехиометрической реакции кислорода, а если в горении участвует бор, то на единицу участвующих в реакции кислорода и бора, потому что именно она определяет теплотворную способность смеси. Дело в том, что для большинства распространенных топлив (водород, углеводороды, гидразины) кислорода требуется больше, чем горючего. А также дело в том, что в поршневой или турбореактивный (то есть, в воздушные) двигатели мы можем подать сколько угодно горючего, но увеличить количество поступающего кислорода не можем (исключением можно считать наддув в поршневых двигателях).

Автором произведен пересчет некоторых веществ на приведенную теплотворную способность, и оказалось, что из недорогих и не очень токсичных жидких и газообразных веществ лучшими являются водород и ацетилен. Но намного лучшими являются некоторые металлы. Именно поэтому во многие твердые ракетные топлива добавляются металлические алюминий или бериллий, или гидриды металлов (см. мою заявку «Ракетный двигатель Староверова - 6», № 2012106402/20-009670, где применено ПОЛОВИННОЕ ГОРЕНИЕ гидрида бериллия с удельным тепловыделением 21,39 мдж/кг: 2 ВеН2+02=ВеН2+ВеО+Н20=2ВеО+2Н2+1155 кДж).

Рассмотрим тепловыделение наиболее распространенных элементарных реакций:

1. 2Н2+O2=2Н2O(газ) удельное тепловыделение на ед. смеси - 13,42 мДж/кг

2. С+02=СO2 удельное тепловыделение на ед. смеси - 8,94 мДж/кг

3. 4А1+3O2=2Аl2O3 удельное тепловыделение на ед. смеси - 16,44 мДж/кг

4. 4Li+O2=2Li2O удельное тепловыделение на ед. смеси - 19,94 мДж/кг

5. Ве+O2=2ВеО удельное тепловыделение на ед. смеси - 23,91 мДж/кг

5. 4В+3O2=2В2O3 удельное тепловыделение на ед. смеси - 18,01 мДж/кг

6. В+N=BN удельное тепловыделение на ед. смеси - 10,18 мДж/кг

Видно, что реакции с углеродом и водородом (с углеводородами) не самые энергетичные. Но в других реакциях не происходит выделения газообразных продуктов, которые и должны истекать из сопла сами и выносить твердые или жидкие другие продукты реакции (если не считать кипящий при 2100 градусах С оксид бора). Поэтому для энергетичных реакций с участием бериллия, лития, бора, алюминия следует применять газосодержащие окислители - азотную кислоту, двуокись-, пятиокись азота, динитрамид аммония и т.п., содержащие азот и водород. С осторожность следует применять нитрат бора, так как он связывает азот в нитрид бора, хотя и выделяет при этом 23,37 мДж/кг на единицу добавленного бора.

При этом также следует определиться с минимальным количеством газа, обеспечивающим скоростной вынос твердых и жидких продуктов реакции. Скорее всего, этот предел можно принять как 7-8% от массы топлива (окислителя плюс горючего).

Есть 4 способа повысить импульс химических ракетных двигателей (не считая создания новых соединений, типа ожидаемого N306). Первый путь - это последовательное применение сразу двух из вышеуказанных реакций, например, реакция бора с выделяющимися из горючего (гидразин) или окислителя (азотная кислота) азотом. Этот путь использован автором в заявке «Ракетный двигатель Староверова -10» и в некоторых других.

Второй путь - использование газосодержащих металлосоединений, например, ПОЛОВИННОЕ ГОРЕНИЕ гидрида бериллия с удельным тепловыделением 21,39 мДж/кг: 2ВеН2+O2=ВеН2+ВеО+Н2O=2ВеО+2Н2+1155 кДж. Причем водород окислителя служит не для горения, а для образования реактивной струи.

Идея третьего пути повышения импульса двигателя состоит в том, что искусственно снижается температура реакции, чтобы не допустить потери тепла на плавление и испарение некоторых твердых продуктов реакции, путем вдувания метана, имеющего, кстати, свой хороший экзотермический эффект разложения - 4,67 мДж/кг (как в моем изобретении «Ракетный двигатель Староверова - 7»). Ожидаемого, казалось бы, снижения скорости реактивной струи при этом не происходит, так как метан разлагается на водород и твердый углерод, а скорость звука в водороде почти в 4 раза больше, чем в воздухе. Скорость реактивной струи, наоборот, повышается. И меньше энергии теряется с теплом отходящих газов.

И четвертый путь - использование высокоэнергетичных реакций и газосодержащего окислителя. Причем газы окислителя служат опять же только для образования реактивной струи.

Пример 1.

ракетное горючее, патент № 2523367

В этой реакции наверняка будет образовываться и незначительное количество аммиака. Соотношение компонентов топлива: бериллия - 22,52%+-15%, динитрамида аммония -77,48%+-15%. Количество образующихся газов - большое - 37,5%. Возможна побочная реакция образования воды, но так как водород находится в ряду напряжений правее бериллия, то при таких температурах он будет вытеснять водород из воды с образованием оксида бериллия.

Но есть еще одно неочевидное обстоятельство в пользу «водородного» двигателя - при использовании в реактивных торпедах типа «Шквал» выделяющийся водяной пар мгновенно конденсируется в окружающей воде, а водород и азот даже в остывшем состоянии будут удерживать газовую каверну, в которой движется торпеда.

Возможна эта реакция с окислением водорода:

ракетное горючее, патент № 2523367

Соотношение компонентов топлива: бериллия - 12,68%+-15%, динитрамида аммония - 87,32%+-15%. Выделение газообразных продуктов горения (включая парообразную воду) очень высокое - 64,75%.

Пример 2.

ракетное горючее, патент № 2523367

В этой реакции тепловыделение выше, но газообразных продуктов выделяется немного - 15,7%. Соотношение компонентов топлива: бериллия - 25,30%+-15%, нитрата бериллия - 74,70%+-15%. Хотя в настоящее время безводный нитрат бериллия еще не получен, в реакции учитывается именно он. Если же к моменту получения патента он не будет получен, то следует подразумевать его дигидрат, что, конечно, снизит удельное тепловыделение реакции, но зато резко повысит количество газообразных продуктов горения.

Пример 3.

ракетное горючее, патент № 2523367

В этой реакции возможно образование небольших количеств нитрида бора, но при избытке кислорода он будет окисляться до оксида бора. Соотношение компонентов топлива: бериллия - 25,56%+-15%, нитрата бора - 74,44%+-15% Неплохие показатели дает двигатель с пятиокисью азота (см. мою заявку «Ракетный двигатель Староверова -11»).

ракетное горючее, патент № 2523367

Соотношение компонентов топлива: бериллия - 29,44%+-15%, пятиокиси азота - 70,56%+-15%.

Такое токсичное топливо следует применять для межконтинентальных ракет, ракет «воздух-воздух», «воздух-земля», для вторых и третьих ступеней зенитных ракет. Для менее ответственных ракет можно применять менее токсичные или совсем не токсичные вышеуказанные реакции с литием, бором, алюминием. Например, первая реакция:

ракетное горючее, патент № 2523367

Соотношение компонентов топлива: лития - 30,92%+-15%, динитрамида аммония - 69,08%+-15%. Или:

ракетное горючее, патент № 2523367

Соотношение компонентов топлива: бора - 18,85%+-15%, динитрамида аммония - 81,15%+-15%. Или:

ракетное горючее, патент № 2523367

Соотношение компонентов топлива: алюминия - 35,83%+-15%, динитрамида аммония -64,17%+-15%.

Замена бериллия на литий, бор, или алюминий возможна и в реакциях /2/,/3/,/4/.

Так как топливо состоит из чистого металла, то в твердотопливных и гибридных двигателях мелкодисперсный металл может быть скреплен небольшим количеством связующего, например, полиэфирной или эпоксидной смолы, полиуретана и т.п. Причем полимеризация мономера желательна радиационная, чтобы не перегреть окислитель, если он входит в состав твердотельной шашки.

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2523367

patent-2523367.pdf

Класс C06B25/00 Составы, содержащие нитрированное органическое соединение

блочный метательный заряд (варианты) и способ его изготовления -  патент 2528984 (20.09.2014)
водосодержащий взрывчатый состав -  патент 2528726 (20.09.2014)
способ получения сферического пороха для стрелкового спортивного оружия -  патент 2527233 (27.08.2014)
сферический порох для 5,45 мм пистолетного патрона с пулей со стальным сердечником и латунной гильзой -  патент 2525899 (20.08.2014)
сферический порох для зарядов к охотничьему патрону 7,62х51м -  патент 2525898 (20.08.2014)
промышленное взрывчатое вещество -  патент 2525550 (20.08.2014)
способ получения сферического пороха для стрелкового оружия -  патент 2525544 (20.08.2014)
заряд для 5,45 мм пистолетного патрона с пулей со стальным сердечником и латунной гильзой -  патент 2525123 (10.08.2014)
заряд для охотничьего патрона 7,62×39-9 (с пулей массой 9 г) -  патент 2524500 (27.07.2014)
заряд для охотничьего патрона 7,62×39-8 (с пулей массой 8 г) -  патент 2524496 (27.07.2014)

Класс C06B25/04 нитрированное ароматическое соединение

Класс C06D5/00 Получение сжатого газа, например для взрывных патронов, пусковых патронов, пиротехнических ракет

Класс C10L1/12 неорганические соединения 

Класс C10L1/14 органические соединения 

усовершенствование, относящееся к топливу -  патент 2529426 (27.09.2014)
многофункциональная добавка к автомобильному бензину и топливная композиция, ее содержащая -  патент 2510415 (27.03.2014)
гибридное эмульсионное топливо -  патент 2501844 (20.12.2013)
применение повышающего вязкость компонента в дизельном топливе -  патент 2495916 (20.10.2013)
способ получения эфирной присадки к глубоко гидроочищенному дизельному топливу -  патент 2493238 (20.09.2013)
топливо для импульсного детонационного двигателя -  патент 2484123 (10.06.2013)
топливная нефтяная композиция и добавки для нее -  патент 2482166 (20.05.2013)
стабилизирующая синергическая смесь и ее применение -  патент 2480514 (27.04.2013)
применение моющих присадок для улучшения характеристик хладотекучести минеральных масел и средних дистиллятов -  патент 2475519 (20.02.2013)
применение минеральных масел, содержащих моющую присадку для улучшения хладотекучести дистиллятов -  патент 2475518 (20.02.2013)

Класс C10L1/224 амиды; имиды

усовершенствование, относящееся к топливу -  патент 2529426 (27.09.2014)
способы получения и применения топливных композиций -  патент 2525239 (10.08.2014)
топливная композиция с улучшенными низкотемпературными свойствами -  патент 2515238 (10.05.2014)
смесь из полярных маслорастворимых соединений азота и маслорастворимых алифатических соединений для понижения температуры помутнения в среднедистиллятных топливах -  патент 2508394 (27.02.2014)
солевое производное амида поли(гидроксикарбоновой кислоты) и содержащая его смазочная композиция -  патент 2499034 (20.11.2013)
функциональные флюиды для двигателей внутреннего сгорания -  патент 2485171 (20.06.2013)
топливная нефтяная композиция и добавки для нее -  патент 2482166 (20.05.2013)
многофункциональная добавка к углеводородному топливу -  патент 2463336 (10.10.2012)
добавка к топливу -  патент 2461604 (20.09.2012)
композиционная депрессорная присадка для парафинистых и высокопарафинистых нефтей -  патент 2453584 (20.06.2012)

Класс C06B27/00 Составы, содержащие металл или неметалл, например бор, кремний, селен или теллур или их смеси, их соединения друг с другом или гидриды в комбинации с углеводородами или галогензамещенными углеводородами

Наверх