РАКЕТНОЕ ТОПЛИВО СТАРОВЕРОВА - 15 (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2014 года по МПК F02K9/00 C06B47/02 C06B47/10 C06B27/00 C10L1/10 C10L1/12 

Изобретение относится к ракетным двигателям твердого топлива и гибридным.

Известны ракетные двигатели, см., например, «Бескорпусный двигатель с самоподачей», пат. №2431052. Все существующие химические ракетные двигатели используют принцип высокотемпературного нагрева газа или газопылевого рабочего тела (пыль - это твердые фракции разложившегося твердого ракетного топлива). Делается это для того, чтобы повысить скорость истечения рабочего тела из реактивного сопла. Эта скорость определяется, во-первых, скоростью звука в газе и, во-вторых, степенью расширения газа в расширяющемся сверхзвуковом реактивном сопле и достигает в лучших двигателях 4000 м/с. Причем детали двигателя работают в очень напряженном тепловом режиме, даже с учетом их охлаждения.

Между тем скорость звука в водороде даже при нормальных температуре и давлении 1330 м/с. А если еще и немного повысить температуру водорода, то скорость звука в нем и скорость истечения его из сопла резко возрастут. Например, водород с температурой всего 650°С (это ниже температуры его воспламенения) будет иметь скорость звука 2360 м/с и сможет в реактивном сопле разогнаться сам и разогнать пылевые частицы до скорости около 4300 м/с. То есть получится «холодный ракетный двигатель», в котором из-за адиабатического расширения газ на выходе из реактивного сопла может иметь приблизительно температуру окружающей среды.

На этом и основана идея данного изобретения. Цель изобретения - повышение скорости реактивной струи и удельного импульса ракетного двигателя. Для этого двигатель должен вырабатывать чистый водород и твердые вещества. Подходящей химической реакцией для этого может быть тройная реакция боргидрида бериллия, гидрида бериллия и динитрамида аммония:

$$2Be(BH4)2+NH4N(NO2)2+2BeH2=4BeO+4BN+12H2\backslash 1\backslash$$

Возможны промежуточные реакции: образование воды, реакция ее при таких температурах с бериллием и с бором, образование аммиака, реакция его или азота при таких температурах с оксидом бора и получение нитрида бора. Соотношение компонентов: боргидрида бериллия - 34,63±10%, динитрамида аммония - 55,50±10%, гидрида бериллия - 9,87±5%.

Возможна реакция с окислением бора:

$$Be(BH4)2+NH4N(NO2)2=BeO+B2O3+2N2+6H2\backslash 2\backslash$$

Соотношение компонентов: боргидрида бериллия - 23,78±10%, динитрамида аммония - 76,22±10%.

Если траектория взлета проходит над населенными местами, то можно заменить бериллий и его токсичные соединения на литий или алюминий и их соединения.

$$4LiBH4+NH4N(NO2)2+4LiH=4Li2O+4BN+12H2\backslash 3\backslash$$

Хотя структура LiBH4, скорее всего, будет Li2(BH4)2, поэтому предыдущую реакцию можно записать так:

$$2Li2(BH4)2+NH4N(NO2)2+4Li=4Li2O+4BN+12H2\backslash 3а\backslash$$

В любом случае соотношение компонентов: боргидрида лития - 35,85±10%, динитрамида аммония - 51,06±10%, гидрида лития - 13,09±5%.

Или возможна такая же реакция с алюминием:

$$4Al(BH4)3+3NH4N(NO2)2+4AlH3=4Al2O3+12BN+36H2\backslash 4\backslash$$

Соотношение компонентов: боргидрида алюминия - 23,66±10%, динитрамида аммония - 57,76±10%, гидрида алюминия - 18,58±5%. Структура боргидрида алюминия возможна Al2(ВН4)6.

Сравнительно малотоксичным будет двигатель:

$$2B10H14+3NH4N(NO2)2=4B2O3+12BN+20H2\backslash 5\backslash$$

Соотношение компоненов: декаборана - 39,64±10%, динитрамида аммония -60,36±10%.

Возможна реакция в гибридном двигателе с повышенным удельным выделением водорода:

$$4Be(BH4)2+NH4N(NO2)2+4NH3=4BeO+8BN+24H2\backslash 6\backslash$$

Соотношение реакции: боргидрида бериллия - 44,61±10%, динитрамида аммония - 35,75±10%, аммиака - 19,63±5%.

Возможна и реакция с полным или частичным окислением получившегося водорода.

Теоретически открыто устойчивое соединение N3O6 (далее «шестиокись азота»), с получением его на практике возможны реакции с ним:

$$3Be(BH4)2+2N3O6=3BeO+3B2O3+3N2+12H2\backslash 7\backslash$$

Соотношение компонентов: боргидрида бериллия 29,61±10%, шестиокиси азота - 70,39±10%.

Или такая же тройная реакция с использованием имеющегося азота:

$$3Be(BH4)2+2N3O6+6B=3BeO+3B2O3+6BN+12H2\backslash 8\backslash$$

Соотношение компонентов: боргидрида бериллия 26,02±10%, шестиокиси азота - 61,86±10%, бора - 12,12±5%.

Эта же реакция даст больше водорода, если вместо бора добавлять тетраборан:

$$15Be(BH4)2+10N3O6+3B10H14=15BeO+15B2O3+30BN+81H2\backslash 9\backslash$$

Соотношение компонентов: боргидрида бериллия 24,91±10%, шестиокиси азота - 59,35±10%, декаборана - 15,74±5%.

Или возможна другая тройная реакция, похожая на реакцию \1\:

$$3Be(BH4)2+2N3O6+9BeH2=12BeO+6BN+21H2\backslash 10\backslash$$

Соотношение компонентов: боргидрида бериллия - 23,26±10%, шестиокиси азота - 56,17±10%, гидрида бериллия - 20,20±10%.

Интересна реакция в гибридном двигателе с повышенным выделением водорода:

$$12Be(BH4)2+2N3O6+18NH3=12BeO+24BN+75H2\backslash 11\backslash$$

Соотношение компонентов: боргидрида бериллия - 44,34±10%, шестиокиси азота - 26,39±10%, аммиака - 29,27±10%.

Изобретение относится к ракетному топливу для ракетного двигателя. Ракетное топливо содержит горючее и окислитель. Варианты ракетного топлива имеют следующий состав при следующем соотношении компонентов в мас.%: боргидрид бериллия - 34,63±10%, динитрамид аммония - 55,50±10%, гидрид бериллия - 9,87±5%, или боргидрид бериллия - 23,78±10%, динитрамид аммония - 76,22±10%, или боргидрид лития - 35,85±10%, динитрамид аммония - 51,06±10%, гидрид лития - 13,09±5%, или боргидрид алюминия - 23,66±10%, динитрамид аммония - 57,76±10%, гидрид алюминия - 18,58±5%, или декаборан - 39,64±10%, динитрамид аммония - 60,36±10%. Другие варианты ракетного топлива получены с использованием реакции с аммиаком (мас.%): боргидрида бериллия - 44,61±10%, динитрамида аммония - 35,75±10%, аммиака - 19,63±5%. Все эти реакции возможны также с другим окислителем - шестиокисью азота N₃O₆. Двигатель с таким топливом из газов выделяет только чистый водород. 11 н.п. ф-лы.

1. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид бериллия - 34,63±10%, динитрамид аммония - 55,50±10%, гидрид бериллия - 9,87±5%.

2. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид бериллия - 23,78±10%, динитрамид аммония - 76,22±10%.

3. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид лития - 35,85±10%, динитрамид аммония - 51,06±10%, гидрид лития - 13,09±5%.

4. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид алюминия - 23,66±10%, динитрамид аммония - 57,76±10%, гидрид алюминия - 18,58±5%.

5. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: декаборан - 39,64±10%, динитрамид аммония - 60,36±10%.

6. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид бериллия - 44,61±10%, динитрамид аммония - 35,75±10%, аммиак - 19,63±5%,

7. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид бериллия 29,61±10%, шестиокись азота - 70,39±10%.

8. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид бериллия 26,02±10%, шестиокись азота - 61,86±10%, бор - 12,12±5%.

9. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид бериллия 24,91±10%, шестиокись азота - 59,35±10%, декаборан - 15,74±5%.

10. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид бериллия - 23,26±10%, шестиокись азота - 56,17±10%, гидрид бериллия - 20,20±10%.

11. Ракетное топливо, содержащее горючее и окислитель, отличающееся тем, что имеет топливо со следующим соотношением компонентов в мас.%: боргидрид бериллия - 44,34±10%, шестиокись азота - 26,39±10%, аммиак - 29,27±10%.