DE1177992B - Monergolischer Raketentreibstoff - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: C 06 d

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 78 d-1/01

D 35906 VIb/78 d

24. April 1961

10. September 1964

Beim Raketenantrieb findet die energieliefernde Reaktion ohne Beteiligung von Luftsauerstoff statt. Die Rakete muß also sowohl den Brennstoff als auch den Sauerstoffträger mit sich führen.

Bei den alten Feststoffraketen (Pulverraketen) sind Brennstoff- und Oxydatorkomponenten zu einem »Monergole vereinigt. Hier bildet der Treibstoff behälter zugleich den Brennraum. Nach der Entzündung des Pulvers ist der Verbrennungsverlauf nicht mehr regulierbar.

Bei den Zweistoff-Flüssigkeitsraketen hält man aus Gründen der Detonationssicherheit Brennstoff- und Oxydatorkomponenten getrennt, vermischt sie erst in der Brennkammer und bringt sie hier zur Reaktion. Zur Oxydation wird entweder Sauerstoff verflüssigt mitgeführt, oder man läßt geeignete sauerstoffreiche Verbindungen mit oxydierbaren Stoffen reagieren. Man verwendet ein Oxydationsmittel und einen brennbaren Stoff, ζ. B. in Form flüssiger Reaktionspartner, die bei möglichst hoher Dichte möglichst viel Wärmeenergie geben. Als Brennstoff verwendet man auch aus fester und flüssiger Phase bestehende Schlämme. Beispielsweise ist aus der USA.-Patentschrift 2 954 284 ein Brennstoff bekannt, der im wesentlichen aus einer Mischung von Chemikalien, Kohlenwasserstoffen und einem Schlamm von sehr feinen Metallteilchen besteht. Auch diese Brennstoffe werden jedoch getrennt von dem Oxydator gespeichert und erst in der Brennkammer mit diesem vermischt und zur Reaktion gebracht. __

Bei den sogenannten »hybriden« oder »lithergoleh« Raketenantrieben wird wie bei den Zweistoff-Flüssigkeitsraketentriebwerken die getrennte Lagerung von Brennstoff- und Sauerstoffträger angewendet. Sie unterscheiden sich jedoch von den Zweistoff-Flüssigkeitsraketentriebwerken dadurch, daß eine der beiden Treibstoffkomponenten fest ist und in der Brennkammer gelagert wird, während die zweite Brennstoffkomponente flüssig ist und aus einem Tank in die Brennkammer eingespritzt wird.

Die Erfindung betrifft einen monergolischen Raketentreibstoff, also einen Treibstoff, der Oxydator und Brennstoff (im allgemeinsten Sinn) enthält. Solche Monergole, auch »Monopropellants« genannt, können entweder die Form von Gemischen haben oder einheitliche Verbindungen sein.

Ein monergolischer Raketentreibstoff ist in der USA.-Patentschrift 2 944 385 beschrieben. Diese Treibsätze werden aus einer flüssigen Brennstoffkomponente (Ammoniak) und einer Oxydatorkomponente (Lithiumchlorat) aufgebaut, die sich nach der Mischung beide in flüssigem Aggregatzustand befinden. Als Monergolischer Raketentreibstoff

Anmelder:

Deutsche Forschungsanstalt für Luft- und

Raumfahrt e.V., Braunschweig

Als Erfinder benannt:
Dr.-Ing. Otto Lutz, Braunschweig,
Dipl.-Ing. Winfried Buschulte,
Altenhagen über Celle

Zusatzbrennstoff können bei dem Monergol der vorgenannten Patentschrift feste Stoffe, wie Aluminium und Magnesium, zugesetzt werden.

Monergole auf Ammoniak- und Lithiumbasis besitzen eine sehr hohe Brenngeschwindigkeit und eine niedrige Entzündungstemperatur.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen monergolischen Raketentreibstoff auf der Basis von Brennstoff- und Oxydatorkomponente verschiedener Aggregatzustände zu schaffen, der es vermöge seiner niedrigen Brenngeschwindigkeit gestattet, ein detonationssicheres Raketentriebwerk zu betreiben.
Der erfindürlgsgemäße Raketentreibstoff ist dadurch gekennzeichnet, daß die in verschiedenen, in festen und flüssigen Aggregatzuständen vorliegenden Brennstoff- und Oxydatorkomponenten ineinander nicht oder nur unwesentlich löslich sind und die Suspension durch Zusatz eines Suspensionsstabilisators stabilisiert ist.

Die besonders hohe Stabilität und Detonationssicherheit eines solchen monergolischen Raketentreibstoffes ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß eine Reaktion nur an den Phasengrenzflächen eintreten kann, die Wahrscheinlichkeit für das unbeabsichtigte Eintreten einer Reaktion also bei einer Emulsion oder Suspension wesentlich geringer ist als bei einer homogenen Lösung.

Man wird das Verhältnis der Phasen in dem erfindungsgemäßen Monergol so bestimmen, daß das Gemisch leicht flüssig ist, zumindest aber pumpfähig bleibt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind ein oder mehrere Oxydatoren in einem oder mehreren flüssigen Brennstoffträgern suspendiert. Als Beispiel für einen solchen Treibstoff sei ein pumpfähiges Gemisch aus flüssigem Nitromethan und festem Ammoniumperchlorat genannt, ein Gemisch

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also, bei dem der Brennstoff sich in der flüssigen von 4 bis 20 kg/cm² mit einer Geschwindigkeit von Phase befindet und der Sauerstoffträger in der festen 20 bis 25 m/sec in die Brennkammer einer Rakete einPhase, gespritzt und verbrennt hier nach anfänglicher

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung Zündung kontinuierlich nach Maßgabe seiner Einsind ein oder mehrere feste Brennstoffträger in einem 5 speisung in die Brennkammer. Das Treibmittel weist oder mehreren flüssigen Oxydatoren suspendiert. Als im Bereich normaler Brennkammerdrücke eine Brenn-Suspensionsstabilisator kommt erfindungsgemäß ins- geschwindigkeit auf, die hinreichend geringer ist als besondere eine kleinere Menge hochdisperse Kiesel- die Einspritzgeschwindigkeit, und kann durch Stoßsäure in Betracht, ferner auch beispielsweise Sulfone. oder mäßige Temperaturbelastung nicht zur Deto-

Die verwendete monergole Mischung wird Wasser io nation angeregt werden, als flüssige Phase nicht oder höchstens zur Dämpfung

der Reaktion enthalten. Ausführungsbeispiel

Das erfindungsgemäße Monergol ist nicht mit den

bekannten mehrphasigen Sprengstoffen, beispielsweise Die Erfindung ist im nachstehenden an Hand eines

Mischungen aus TNT und Ammoniumnitrat, zu ver- 15 Ausführungsbeispieles erläutert,

gleichen, da bei diesen gerade die Detonationsfähigkeit Es wird ein Brennstoff folgender Zusammensetzung

eine ausschlaggebende Rolle spielt. hergestellt:

Geeignete monergolische Zusammensetzungen sind e 1 s ρ 1 e

beispielsweise: 20 50,6 Gewichtsprozent Nitromethan,

45,7 Gewichtsprozent Ammonium-perchlorat,

a) Flüssiger Oxydator + fester Brennstoff ₀,3 Gewichtsprozent Nitrocellulose,

,. _imo/- LTx_1n Gewichtsteile 0,1 Gewichtsprozent Titandioxyd,

RB*? 19 ²'^{3 Gewichts}P^{rozent eines} Emulgatorgemisches

^U ' ν- "λ ~ λ c ²5 ^aus Natriumsulfonat, Desmophen, Natriumhy-

^{rS Ure} 0 5 ^droxyd' Äthylalkohol und Isobutylalkohol.

*) An Stelle von Ruß können auch pulverisierte Kunststoffe ^{Zu diesem Zweck verfährt man wie foI}g^l:

verwendet werden, sofern sie bei Normaltemperaturen gegen r}i_e Gesamtmenge Nitromethan wird aufgeteilt in

HNO₃ chemisch stabil sind. _{3o zwd glekhe Mengen Die eine davon wird mit der}

b) Fester Oxydator + flüssiger Brennstoff gesamten Gewichtsmenge Nitrocellulose versetzt. Mit

Gewichtsteile der anderen wird der Emulgator vermischt und mit

1. CH₃NO₂ (Nitromethan) ....' 50,8 einem Rührer mit korbähnlichem Käfig durchge-

NH₄ClO₄ (Ammonium-perchlorat) 46 arbeitet. Die Rührzeit beträgt etwa 15 Minuten. Es

C₂H₃O (Desmophen 2200)²) 1,36 35 entsteht eine leicht getrübte homogene Mischphase.

Hochdisperse Kieselsäure¹) 0,46 Das sehr feinkörnige Ammoniumperchlorat (Korn-

Basischer Emulgator + Lösungs- größen 30 μ) wird mit der angegebenen Menge

mittel 1,38 Titandioxyd vermengt. In den emulgatorhaltigen

Nitromethananteil wird anschließend bei langsam Gewichtsteile ₄₀ i_auf_endem Rührwerk der nitrocellulosehaltige Anteil

χΐχ,Λ Ά'' v^ri „ eingegeben und etwa 2 Minuten durchgerührt. Danach

NaNO₃ oder KNO₃ 42, / _{setzt man das Gemenge} Ammoniumperchlorat—Titan-

üesmopnen ) 1,64 _{di d bei um}i_auf_endem Rührwerk langsam und

Hochdisperse Kieselsaure¹) 0,82 gleichmäßig zu und steigert dabei die Tourenzahl des

Basischer Emulgator + Losungs- _{45 Rührwerkes stetig}.

^{mittel 2?44} Nach der Vermischung aller Bestandteile wird der

Gewichtsteile Treibstoff etwa 10 Minuten durchgerührt, bis sich eine

3. CHCl₃ (Chloroform) 44,9 schwach viskose milchartige Suspension bildet.

NH₄ClO₄ (Ammonium-perchlorat) 44,0 Zur Herstellung des Emulgators wird Seife und Des-

Desmophen²) 9,7 50 mophene im Mörser homogenisiert. Feinstgeriebenes

Hochdisperse Kieselsäure¹) 0,5 Natriumhydroxyd wird mit der Seife-Desmophen-

Emulgator + Lösungsmittel 0,9 Mischung angerieben und darin gelöst. Als nächstes

. , . . , wird hierzu Methylalkohol gegeben, das Ganze

düS, ^s^^S^.S^ZJ^eS, wiederum gründlich gemischt und abschließend mit

sofern diese feinst pulverisiert sind. 55 Isobutylalkohol versetzt.

²) An Stelle von Desmophen können auch andere in CH₃NO₂
lösliche polymerisierte Kohlenwasserstoffe verwendet werden.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   Als Oxydatoren können Substanzen wie NaClO₄,

   KClO₄, N₂O₄ClO₄ allein oder in Mischung verwendet 60 1. Monergolischer Raketentreibstoff auf der

   werden. Basis von Brennstoff- und Oxydatorkomponenten

   Als Brennstoffe sind ferner möglich: CH₃NO₃ und verschiedener Aggregatzustände, dadurch ge-Substanzen, die als organische Verbindung Chlor und kennzeichnet, daß die in verschiedenen, Fluor in ihrem Aufbau haben, dabei aber deren Ver- in festen und flüssigen Aggregatzuständen vorhältnis von Oxydatoren zu Reduktoren geringfügig 65 liegenden Brennstoff- und Oxydatorkomponenten kleiner als 1,0 ist. Für seine Verwendung als Treibmittel ineinander nicht oder nur unwesentlich löslich sind wird z. B. das Gemisch nach Beispiel b) 1 durch und die Suspension durch Zusatz eines Suspen-Kreiselpumpen und/cder mit einem Gasdruckgefälle sionsstabilisators stabilisiert ist.

   2. Raketentreibstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere feste Oxydatoren in einem oder mehreren flüssigen Brennstoffträgern suspendiert sind.

   3. Raketentreibstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere feste Brennstoffträger in einem oder mehreren flüssigen Oxydatoren suspendiert sind.

   4. Raketentreibstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension eine kleinere Menge hochdisperse Kieselsäure als Suspensionsstabilisator enthält.

   5. Raketentreibstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Monergol eine kleinere Menge Wasser enthält.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschrift Nr. 2 944 385;
   Rochet Propellant Handbook, 1960, S. 5;
   Flugrevue, 1958, Heft 6, S. 13

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