Карамельное топливо

[Sergey K]

В ракетомоделизме есть такая штука - карамельное топливо (65% калийная селитра (или натриевая, кальциевая), 35% - сахар или сорбит). оно всем хорошо, безопасно и очень модно. Одно но - в выхлопе много твердой фазы, которую образуют соединения ионов металла. В результате часть топлива не участвует в создании тяги, фактический.

Вопрос: можно ли ввести какую-либо добавку или катализатор, которое:

1. затормозит появление этой твердой фазы хотя бы на доли секунды, чтобы она образовывалась после выхода из сопла?

или

2. вообще предотвратит ее появление.

[iifat]

Что-то я не пойму, откуда там ионы металла? Вы про калий/натрий/кальций? Или примеси?

[Sergey K]

я наверно не так выразился. окислитель - селитра. калиевая, натриевая, кальциевая. естественно, при горении образуются соединения металла. про них и разговор.

[Xugin]

Попробуйте добавить литиевые соединения.

[DimaM]

А если аммиачную селитру взять?

[Sergey K]

аммиачная селитра дает меньший удельный импульс.

мы пробовали взять литиевую селитру, но она очень гигроскопичная. пока вся набранная вода испариться, двигатель прогорит уже.

какие литиевые соединения можно взять, чтобы они не были энергетическим балластом?

[GraNiNi]

Sergey K в сообщении #1080868 писал(а):

Одно но - в выхлопе много твердой фазы, которую образуют соединения ионов металла. В результате часть топлива не участвует в создании тяги, фактический.

Вопрос: можно ли ввести какую-либо добавку или катализатор, которое:
1. затормозит появление этой твердой фазы хотя бы на доли секунды, чтобы она образовывалась после выхода из сопла?
или
2. вообще предотвратит ее появление.

Избежать появления твердых продуктов сгорания - не удастся.
Такова природа всех селитр (кроме аммиачной) - при разложении нитратов образуются твердые соединения металла (оксиды и пр.).
Это - неизбежность, с которой борются со времен изобретения пороха - нагар на стволах огнестрельных орудий, которые из-за этого приходилось долго и упорно чистить.

Проблема была решена с изобретением бездымного (безнагарного) пороха.

[Sergey K]

хорошо, а уменьшить среднюю молекулярную массу выхлопа от нитратов как-то можно? катализатор какой-нибудь, чтобы реакция шла по другому пути, или нагрев от него был такой, чтобы эту твердую фазу расплавить...

переизбыток окислителя уже используется.

[GraNiNi]

Sergey K в сообщении #1081122 писал(а):

а уменьшить среднюю молекулярную массу выхлопа от нитратов как-то можно?

Наименьшая массовая доля твердых продуктов сгорания будет у нитрата, с металлом, имеющем наименьшую атомную массу - лития.
Однако, это не является определяющим показателем эффективности горения в целом.
Недаром калийную селитру используют в порохе.
Опытным путем (в давние времена) проверено, что она обеспечивает наилучшее качество (скорость) сгорания при окислении ею горючих веществ.
Все другие селитры проигрывают ей.

[Sergey K]

я в курсе, но у нас борьба за удельный импульс. а скорость горения регулируется давлением в камере сгорания.

Расчеты показывают, что наиболее эффективна селитра это действительно литиевая, и как не странно - кальциевая. Наверно, за счет состояния фазы в момент вылета из сопла.

Однако жуткую проблему составляет их гигроскопичность, и увы, стоймость. тем не менее, попробовать добавить что-нибудь литиевое - хорошая идея. вот сижу, думаю, что.

[upgrade]

Попробовать смесь калиевой и натриевой... (сплав натрия и калия имеет комнатную температуру плавления, а по отдельности металлы твердые)

[GraNiNi]

Sergey K в сообщении #1081124 писал(а):

Расчеты показывают, что наиболее эффективна селитра это действительно литиевая, и как не странно - кальциевая. Наверно, за счет состояния фазы в момент вылета из сопла.

Расчеты - это голая термодинамика, показывающая только возможность той или иной реакции, что очень далеко от ее реального воплощения.
Именно поэтому и кальциевая селитра эффективна, так как кальций - двухвалентный металл, а его нитрат содержит две нитрогруппы.
В этом отношении, расчетная эффективность, например, нитрата алюминия будет еще выше.
Однако эти расчеты не учитывают самое главное - кинетику горения, которую можно изучить только опытным путем.

Кстати, в процессе горения, образующиеся соединения металла с кислородом и углекислым газом (оксиды, карбонаты) и так находятся в расплавленном состоянии, а только затем (остывая) конденсируются в твердую фазу, образуя нагар.

[Sergey K]

да, и такое тоже использовали. получается в целом не плохо. но хотелось бы выйти на что-нибудь, совсем близкое к предельному.

GraNiNi, конечно - речь об идеальном удельном импульсе. Но к нему приближаются, подбирая условия горения. хотя да, не достижим.

Цитата:

Посчитал максимально достижимый удельный импульс на нитратах щелочных и щелочноземельных металлов с сорбитом. И для сравнения - "средние" топлива на ПХА и НА. Вот что получилось:

Li 187
Na 170
K 155
Mg 205
Ca 188


Оказывается, магний лучше лития! Наверное потому, что магний превращается в окись, не захватывая СО2. И ещё окись магния при температуре горения получается твёрдая, а значит не отбирает тепло на плавление, а карбонат лития - жидкий.

А вот плотностной удельный импульс:

Li 368
Na 330
K 295
Mg 371
Ca 375


А здесь кальций самый лучший, потому что плотность у нитрата кальция самая высокая.

[Xugin]

Sergey K в сообщении #1081124 писал(а):

Однако жуткую проблему составляет их гигроскопичность

А если гранулировать, как порох, со стеаратами лития?

-- 10.12.2015, 19:31 --

Sergey K в сообщении #1081124 писал(а):

и увы, стоймость

Сейчас масса батареек литиевых идет в утиль

[Sergey K]

Xugin, спасибо! обдумаю ваш совет. его конечно нужно как-то изменить - топливо то смесевое, однородного состава. но думаю, пользу извлечь можно.