DE60221003T2 - Auf ammoniumdinitramid basierende flüssige einkomponenten-treibmittel mit verbesserter verbrennungsstabilität und lagerfähigkeit - Google Patents

Auf ammoniumdinitramid basierende flüssige einkomponenten-treibmittel mit verbesserter verbrennungsstabilität und lagerfähigkeit Download PDF

Info

Publication number
DE60221003T2
DE60221003T2 DE60221003T DE60221003T DE60221003T2 DE 60221003 T2 DE60221003 T2 DE 60221003T2 DE 60221003 T DE60221003 T DE 60221003T DE 60221003 T DE60221003 T DE 60221003T DE 60221003 T2 DE60221003 T2 DE 60221003T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
propellant
fuel
base
ammonium dinitramide
water
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60221003T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60221003D1 (de
Inventor
Kjell Anflo
Niklas Wingborg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ecaps AB
Original Assignee
ECAPS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ECAPS filed Critical ECAPS
Publication of DE60221003D1 publication Critical patent/DE60221003D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60221003T2 publication Critical patent/DE60221003T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/10Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of rare earths
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/0009Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
    • B01J37/0018Addition of a binding agent or of material, later completely removed among others as result of heat treatment, leaching or washing,(e.g. forming of pores; protective layer, desintegrating by heat)
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/0072Preparation of particles, e.g. dispersion of droplets in an oil bath
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/03Precipitation; Co-precipitation
    • B01J37/031Precipitation
    • B01J37/033Using Hydrolysis
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C06EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06DMEANS FOR GENERATING SMOKE OR MIST; GAS-ATTACK COMPOSITIONS; GENERATION OF GAS FOR BLASTING OR PROPULSION (CHEMICAL PART)
    • C06D5/00Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets
    • C06D5/08Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets by reaction of two or more liquids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/46Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
    • B01J23/468Iridium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
  • Detergent Compositions (AREA)
  • Medicinal Preparation (AREA)
  • Cosmetics (AREA)
  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
  • Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft auf Ammoniumdinitramid basierende flüssige Einkomponenten-Treibmittel, welche verbesserte Verbrennungseigenschaften für den Zweck der Erzeugung von heißen Gasen aufweisen. Diese Gase sind insbesondere für Raketenantrieb oder einen anderen Behälter- oder Fahrzeugantrieb oder Gaserzeugung geeignet. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung solche Treibmittel, welche insbesondere für Weltraumverwendungen geeignet sind.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ammoniumdinitramid (ADN) ist ein festes Oxidationsmittel, welches hauptsächlich für Mehrkomponenten-Raketentreibmittel mit hoher Leistung beabsichtigt ist. ADN und andere ähnliche Verbindungen sind der Gegenstand von mehreren Patenten für eine Verwendung als feste Mehrkomponenten-Raketentreibmittel und als Sprengstoffe, beides für pyrotechnische Verwendungen im Allgemeinen und für andere Verwendungen, wie bei Mitteln zum Aufblasen von Airbags.
  • US-Patent 6,113,712 beschreibt Stabilisatoren von ADN. Die Stabilisatoren erhöhen die Wärmestabilität und die Lebensdauer oder Arbeitsfähigkeit des Ammoniumdinitramids und erhöhen die Verlässlichkeit der Formulierungen, in welche ADN eingebracht wurde, über ausgedehnte Zeiträume und/oder nach dem Einwirken von Temperaturveränderungen. Es wird behauptet, dass die Verwendung von Hexamethylentetramin (Hexamin) zur Stabilisierung von ADN unter bestimmten Bedingungen zu Instabilität und verminderten Leistungs- und/oder Sicherheitseigenschaften bei der Formulierung führt, entweder bei der Lagerung oder Verwendung. Die Beschreibung erwähnt keine Stabilisierung von flüssigen Lösungen von ADN.
  • Die veröffentlichte Internationale Patentanmeldung WO-0050363 offenbart einen neuen Typ von flüssigem Einkomponenten-Treibmittel, welches sowohl in Hinblick auf die Handhabung als auch in Hinblick auf die Umwelt wenig gefährlich ist und keinen Rauch entwickelt. Ein solches Treibmittel sollte die folgenden Eigenschaften aufweisen: niedrige Toxizität, niedrige Entflammbarkeit, höheren theoretischen spezifischen Impuls (verglichen mit Hydrazin), höhere Dichte (verglichen mit Hydrazin), einfach entzündlich mittels eines kontrollierten Entzündungsmechanismus, lagerfähig bei einer Temperatur zwischen –10 und +70°C, bevorzugt +10 und +50°C und niedrige Empfindlichkeit. Beispiele von Zusammensetzungen, welche Ammoniumdinitramid, Treibstoff und Wasser enthalten, sind gegeben und es wird gezeigt, dass sie einen hohen spezifischen Impuls aufweisen.
  • Gemäß der vorstehenden Veröffentlichung ist es auch möglich, Additive in das Treibmittel aufzunehmen. Als ein Beispiel gibt die Veröffentlichung allgemein an, dass, da ADN in sauerer Umgebung nicht stabil ist, kleine Mengen einer geeigneten Base zugegeben werden könnten, um das Dinitramid zu stabilisieren.
  • Für den Zweck des Manövrierens im All und der Positionskontrolle von Satelliten und anderen Weltraumfahrzeugen werden Raketenmotoren oft in kurzen Stößen oder Pulsen verwendet, deren Dauer typischerweise Sekundenbruchteile bis mehrere Minuten sein kann. Für solche Zwecke werden normalerweise kleine Raketen mit einem Schub von zum Beispiel 1 bis 50 N verwendet. Insbesondere bei solchen Verwendungen ist es wichtig, dass die Verbrennung in dem Motor stabil ist, d.h. dass sie zum Beispiel keine schwankenden Druckeigenschaften in der Reaktionskammer aufweist. Stabile Verbrennungsbedingungen sollten bevorzugt unmittelbar nach der Entzündung des Treibmittels etabliert werden oder die Verbrennungsbedingungen sollten sich wenigstens nur langsam in einer vorhersagbaren Weise verändern, so dass man leicht in der Lage ist, dies auszugleichen.
  • Demgemäß wäre es wünschenswert, für solche Zwecke ein geeignetes Treibmittel zur Verfügung zu haben, wobei das Treibmittel auch die vorstehend erwähnten gewünschten Eigenschaften des vorstehend erwähnten flüssigen Einkomponenten-Treibmittels aufweisen sollte.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch das Bereitstellen eines Treibmittels nach der Präambel von Patentanspruch 1, welches die Merkmale des charakterisierenden Teils von Patentanspruch 1 aufweist, gelöst.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfinder haben nun überraschenderweise gefunden, dass durch Zugeben einer speziellen Base zu einer flüssigen Einkomponenten-Treibmittelformulierung, welche eine Lösung von Ammoniumdinitramid, einen Treibstoff und Wasser umfasst, stabilisierte Verbrennungscharakteristika erhalten werden.
  • Eine verbesserte Lagerfähigkeit, d.h. Stabilität bei einer Lagerung unter erhöhten Temperaturen, wird auch mittels der Zugabe der Base gemäß der Erfindung zu dem Treibmittel erreicht.
  • Auch scheint es, dass die beobachtete Stabilisierung nicht direkt mit dem pH-Wert des so stabilisierten Treibmittels in Bezug steht.
  • Das Einkomponenten-Treibmittel und wichtig das verwendete ADN sollten eine höchstmögliche Reinheit aufweisen, da dies jedwedes Vergiften des Katalysators, welcher die Zersetzung des Treibmittels katalysiert, verringern würde. Eine hohe Reinheit wird so ferner die Stabilität der Verbrennung verbessern. Zum Beispiel sollten Verunreinigungen in der Form von nicht flüchtigen Resten, wie zum Beispiel Eisen, Kalium und Chlor, niedrig gehalten werden, wie nicht mehr als 50 ppm, bezogen auf das Gewicht, stärker bevorzugt nicht mehr als 1 ppm, bezogen auf das Gewicht.
  • Weitere Vorteile der Erfindung werden aus den angefügten Patentansprüchen und der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ANGEFÜGTEN ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt den Wärmefluss als eine Funktion der Zeit, gemessen in einem Mikrokalorimeter für eine nicht stabilisierte Treibmittelzusammensetzung, LMP-101, und das Treibmittel, welches in diesem Fall mit Ammoniak stabilisiert wurde.
  • 2 zeigt den Kammerdruck als eine Funktion der Zeit für eine nicht stabilisierte Treibmittelzusammensetzung, LMP-101, und das erfindungsgemäße Treibmittel, das modifizierte LMP-101.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die Treibstoffe, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind die gleichen wie jene, welche bereits in WO-0050363 erwähnt werden, und es muss möglich sein, sie mit dem Ammoniumdinitramid-Oxidationsmittel und dem optionalen Lösungsmittel, wie Wasser und/oder Wasserstoffperoxid, zu verbrennen, sowie ein flüssiges Einkomponenten-Treibmittel zu bilden. Solche Treibstoffe können aus ein-, zwei-, drei- und mehrwertigen Alkoholen, Aldehyden, Ketonen, Aminosäuren, Carbonsäuren, primären, sekundären und tertiären Aminen und Gemischen davon ausgewählt sein.
  • Um Ionenaustausch mit dem gelösten ADN zu verhindern, sollte die Base, welche als ein Verbrennungsstabilisierungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bevorzugt eine schwächere Base sein als Ammoniak oder eine Base, welche sterisch gehindert ist. Dies ist, um zu verhindern, dass das NH4 +-Kation aus dem Treibmittel in der Form von Ammoniak entweicht, wobei es das Dinitramidanion, welches andere Kationspezies zum Ausgleich aufweist, zurücklässt. Als eine Konsequenz können die Löslichkeitseigenschaften von jedweden Bestandteilen möglicherweise auch verändert sein und es könnte ein Risiko von jedweder nicht erwünschter Fällung vorhanden sein. Obwohl Ammoniak als ein Stabilisierungsmittel verwendet werden kann, wie in 1 gezeigt, ist folglich die Verwendung dieser Base nicht bevorzugt.
  • Mit Bezug auf die 1 kann die verbesserte Lagerfähigkeit einer erfindungsgemäßen Treibmittelzusammensetzung, d.h. modifiziertes LMP-101, welches aus 61% ADN, etwa 26% Wasser und etwa 13% Glycerol besteht, bezogen auf das Gewicht, zu welchem 0,2 Gew.-% wässriger Ammoniak gegeben wurden, verglichen mit der Lagerfähigkeit von normalem LMP-101 klar gesehen werden.
  • Beispiele von geeigneten Basen sind: Hydrazin, Hydroxylamin, Harnstoff, Ethylenimin, Allantoin, Pyridin, 2-, 3- und 4-Methylpyridin, 2- und 4-Pyridinamin, 2,5-Pyridindiamin, 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-, 3,4- und 3,5-Dimethylpyridin, 2-Ethylpyridin, 2,4,6-Trimethylpyridin, 4,6-Dimethylpyrimidinamin, Methoxypyridin, Imidazol, 2,4-Dimethylimidazol, Chinolin, Naphthylamin, N,N-Dimethylcyclohexylamin, N-Ethyldiisopropylamin und Hexamethylentetramin (Hexamin). Es ist bevorzugt, dass die verwendete Base nicht dazu neigen sollte, sich von dem Treibmittel, wie durch Verdampfen, abzutrennen.
  • Die hier bevorzugten Basen sind Hexamin und Harnstoff. Harnstoff neigt zu größerer Wirksamkeit als Hexamin. Man nimmt an, dass die Mechanismen, welche der Stabilisierung zugrunde liegen, nicht primär mit dem pH-Wert des stabilisierten Treibmittels in Zusammenhang stehen, da der pH-Wert bei einigen stabilisierten Treibmittelzusammensetzungen durch die zugegebene Base nicht verändert wird.
  • Die Menge an Base, welche zur Stabilisierung gemäß der Erfindung verwendet wird, wird u.a. davon abhängen, ob die Base auch die Funktion eines Treibstoffes übernimmt. Demgemäß kann eine Base, welche auch die Funktion eines Treibstoffes übernimmt, in größeren Mengen verwendet werden, ohne die Eigenschaften des Treibmittels stark zu verringern. Zum Beispiel kommt es bei einer zugegebenen Menge an Base, welche etwa 5% des Gesamtgewichts der anderen Komponenten entspricht, bezüglich der Funktion eines Treibstoffes der Base zu Bedenken, um nicht unerwünscht die Eigenschaften des Treibmittels zu erniedrigen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Base im Allgemeinen in einer Menge von 0,1 bis 5 und stärker typisch 0,5–3%, bevorzugt 0,5–1%, bezogen auf das Gesamtgewicht der anderen Komponenten, verwendet.
  • Es wurde gefunden, dass eine Menge von 0,5% der Base normalerweise zur Stabilisierung des Einkomponenten-Treibmittels für eine Lagerung von mindestens 17 Tagen bei einer Temperatur von 65°C (der Test wurde nach 17 Tagen abgebrochen) ausreichend ist.
  • Spezielle Beispiele der Verbindungen, welche als der Treibstoff in der stabilisierten Treibmittelzusammensetzung verwendet werden können, sind mehrwertige Alkohole wie Ethylenglycol, Glycerol, Erythritol, Diethylenglycol, Triethylenglycol, Tetramethylenglycol, Ethylenglycolmonoethylether, Propylenglycol, Dipropylenglycol, Dimethoxytetraethylenglycol, Diethylenglycolmonomethylether, das Acetat von Ethylenglycolmonoethylether und das Acetat von Diethylenglycolmonoethylether; Ketone, wie zum Beispiel Aceton, Methylbutylketon und N-Methylpyrrolidon (NMP); einwertige Alkohole wie Methanol, Propanol, Butanol, Phenol und Benzylalkohol; Ether, wie Dimethyl- und Diethylether und Dioxan; auch die Nitrile wie Acetonitril; die Sulfoxide wie Dimethylsulfoxide; Formamide wie N,N-Dimethylformamid, N-Methylformamid; Sulfone wie Tetrahydrothiophen-1,1-dioxid; die Amine wie Ethylamin, Diethylamin, Ethanolamin, Hydroxylamin; substituierte Hydroxylamine wie Methyl- und Ethylhydroxylamin; und jedwede Gemische davon. Polare Treibstoffe sind wegen ihrer Fähigkeit zum Lösen des Dinitramidsalzes bevorzugt.
  • Der spezifische Impuls für ein gegebenes Treibmittel ist ein qualitatives Maß des Impulses, der durch eine Masseneinheit des spezifischen Treibmittels unter bestimmten Motorstandardbedingungen erzeugt wird. Der spezifische Impuls steht u.a. im Zusammenhang mit dem Druck und der Temperatur in dem Motor, den Verbrennungs- und thermodynamischen Eigenschaften der Verbrennungsprodukte, dem Umgebungsdruck und dem Entspannungsverhältnis. Demgemäß ist es bevorzugt, dass das erfindungsgemäße Treibmittel einen spezifischen Impuls aufweist, der so hoch wie möglich ist. In dieser Hinsicht ist es auch wichtig, dass die erfindungsgemäßen Treibmittelzusammensetzungen bevorzugt einen spezifischen Impuls aufweisen sollten, der so hoch wie möglich ist, da dadurch der spezifische Systemimpuls, d.h. der bereitgestellte Impuls pro Masseneinheit des Gesamtantriebssystems, auch maximal sein wird.
  • Bevorzugte Beispiele des Treibstoffes in dem stabilisierten Einkomponenten-Treibmittel sind Alkohole, Aminosäuren und Ketone, wobei ein geeignetes Beispiel für eine Aminosäure Glycin ist. Auch kann Ammoniak (wässrig) verwendet werden. Ein Beispiel für ein bevorzugtes Keton ist Aceton. Stärker bevorzugt sind Alkohole, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, lineare oder verzweigte niedrige Alkohole, welche 1 bis 6 Kohlenstoffatome umfassen. Spezielle Beispiele der Letzteren sind jedwede der Isomere von Methanol, Ethanol, Ethandiol, Propanol, Isopropanol, Propandiol, Propantriol, Butanol, Butandiol, z.B. 1,4-Butandiol, Butantriol, Pentanol, Pentandiol, Pentantriol, Pentaerythritol, Hexanol, Hexandiol, Hexantriol, Trimethylolpropan.
  • Besonders bevorzugte Treibstoffe werden durch Methanol, Ethanol, Aceton, Glycin und Glycerol dargestellt, wobei Methanol und Glycerol stärker bevorzugt sind. Methanol ist der am stärksten bevorzugte Treibstoff in dem stabilisierten Treibmittel.
  • Genauer weist eine bevorzugte erfindungsgemäße Treibmittelzusammensetzung, welche Wasser und Treibstoff enthält, eine Zusammensetzung im Bereich von 15 bis 55 Gew.-% des Treibstoffes im Lösungsmittelgemisch (Lösungsmittelgemisch = Wasser + Treibstoff) auf und eine stärker bevorzugte Zusammensetzung weist 10 bis 50 Gew.-% Treibstoff im Lösungsmittelgemisch auf und noch stärker bevorzugt 25 bis 45 Gew.-% Treibstoff im Lösungsmittelgemisch, wozu ein Stabilisator in einer Menge von 0,1 bis 5 und stärker typisch von 0,5–3%, bevorzugt 0,5–1% und am stärksten bevorzugt 0,5%, bezogen auf das Gesamtgewicht der anderen Komponenten, gegeben wird.
  • Demgemäß sind die am stärksten bevorzugten Einkomponenten-Treibmittel stabilisierte Zusammensetzungen von ADN, Wasser und Glycerol, oder ADN, Wasser und Methanol.
  • Im Falle von Methanol ist eine Zusammensetzung, welche aus etwa 64,3% Ammoniumdinitramid, etwa 24,3% Wasser und etwa 11,4% Methanol (im Folgenden LMP-103 genannt) besteht, bezogen auf das Gewicht, wozu ein Stabilisator in der vorstehend erwähnten Menge gegeben wurde, besonders bevorzugt.
  • Im Falle von Glycerol ist eine Zusammensetzung von etwa 61,0% ADN, etwa 26,1% Wasser und etwa 12,9% Glycerol, bezogen auf das Gewicht, wobei zu der Zusammensetzung ein Stabilisator in der vorstehend erwähnten Menge gegeben wurde, besonders bevorzugt.
  • Die vorstehende Methanolzusammensetzung ist die am stärksten bevorzugte.
  • Wie für den Fachmann ersichtlich sein wird, wird die bevorzugte Zusammensetzung eines erfindungsgemäßen speziellen Treibmittels unter anderem von der gewählten Temperatur, bei welcher die Lösung gesättigt sein wird, abhängen. Die Temperatur sollte derart gewählt werden, dass das Treibmittel bei einer ausgewählten minimalen Temperatur ohne die Fällung von jedweder Komponente davon gelagert und verwendet werden kann.
  • Zusätzliches Wasser kann zugegeben werden, um die Löslichkeit von ADN in einem flüssigen Treibstoff zu erhöhen. Feste Treibstoffe können auch verwendet werden, solange sie sich in ADN/Wasser-Lösungen lösen.
  • Um die Flammtemperatur und/oder die Empfindlichkeit des speziellen Treibmittels zu erniedrigen, kann die Menge an Wasser erhöht werden. Jedoch wird eine Erhöhung der Menge an Wasser den spezifischen Impuls des Treibmittels erniedrigen. Um das Ausmaß der Erniedrigung des Impulses aufgrund der Zugabe von Wasser zu verringern, kann ein Teil des Wassers durch Wasserstoffperoxid, welches eine vergleichbare Polarität zu der von Wasser aufweist, ersetzt werden. Man nimmt an, dass das Wasserstoffperoxid als ein zusätzliches Oxidationsmittel wirkt und so ermöglicht, dass eine entsprechende zusätzliche Menge an Treibstoff zu dem Treibmittel gegeben wird. Wie der Fachmann verstehen wird, wird die verwendete Menge des Wasserstoffperoxids, falls vorhanden, durch die Stabilität während der Lagerung und der Handhabung des damit erhaltenen Treibmittels bestimmt.
  • Es wurde gefunden, wenn ein Motor mit einem Treibmittel betrieben wird, welches das Verbrennungsstabilisierungsmittel gemäß der Erfindung nicht enthält, dass der Reaktionskammerdruck des Motors schwankt, wie klar aus dem folgenden Vergleichsbeispiel gesehen wird. Dieses Verhalten ist sehr stark unerwünscht. Eine der primären negativen Wirkungen, welche durch Verbrennungsinstabilität verursacht werden, ist eine Oszillation des Motors und seiner Teile und möglicherweise auch des Fahrzeugs. Dies bedeutet, dass Energie von der Verbrennung an die Oszillation des Materials des Motor- und Fahrzeugsystems verloren geht, und es kann folglich zu einem enormen Umfang an Verschleiß bei den unterschiedlichen Teilen des Systems führen. Abhängig vom Frequenzbereich der Verbrennungsinstabilität können unterschiedliche Arten von Oszillation resultieren. Natürlich wird diese Oszillation sehr ausgeprägt sein, wenn Resonanz erreicht wird. So kann eine übermäßige Oszillation zum Beispiel erhalten werden, wenn sowohl die Fahrzeugstruktur als auch die Antriebstruktur etwa die gleiche natürliche Frequenz aufweisen. Die Mechanismen, welche den beobachteten Schwankungen beim Druck und dem Stabilisierungsphänomen zugrunde liegen, werden jedoch nicht vollständig verstanden. Auf dem Fachgebiet ist es allgemein anerkannt, dass die Verbrennungsinstabilität von flüssigen Treibmitteln mit dem Design des Motors und des Fahrzeugs, wie der elastischen Natur der Zuführsysteme und -strukturen des Fahrzeugs, der Treibmittelpumpenkavitation, in Verbindung steht (siehe z.B. das Kapitel über Combustion Instability in Sutton, G.P., Rocket propulsion elements, John Wiley and Sons, Inc., 1992, S. 268–275).
  • Wie aus den nachstehenden Beispielen der Erfindung ersichtlich sein wird, wird dieses Schwankungsverhalten wesentlich durch die Zugabe der Base gemäß der Erfindung verringert.
  • BEISPIELE
  • In den Beispielen wurden Treibmittelzusammensetzungen ohne und mit dem Verbrennungsstabilisierungsmittel gemäß der Erfindung in einem kleinen Motor (etwa 10 N) getestet.
  • VERGLEICHSBEISPIEL
  • Eine Treibmittelzusammensetzung, welche aus 61% ADN, 26% Wasser und 13% Glycerol bezogen auf das Gewicht besteht, die als LMP-101 bezeichnet wird, wurde in diesem Beispiel getestet. LMP-101 wurde in einem experimentellen Raketenmotor getestet. Mehrere Testzündungen von 0,5 Sekunden wurden durchgeführt, wobei eine davon in 2 gezeigt ist. Die Vorerwärmung des Reaktorbettes des Motors betrug etwa 400°C.
  • Wie in 2 gesehen werden kann, wurde eine wünschenswerte stabile Verbrennung nicht erhalten und ein Spike beim Kammerdruck resultierte.
  • BEISPIEL
  • Eine erfindungsgemäße Treibmittelzusammensetzung wurde getestet, welche 61% ADN, 26% Wasser und 13% Glycerol bezogen auf das Gewicht umfasste, wozu 1% Hexamin gegeben wurde, was als modifiziertes LMP-101 bezeichnet wird. Mehrere Testzündungen von 0,5 Sekunden wurden durchgeführt, wobei eine davon in 2 gezeigt ist. Die Vorerwärmung des Reaktorbettes des Motors betrug etwa 400°C.
  • Aus der Figur wird klar, dass der Kammerdruck verglichen mit den früheren Läufen ohne jedwedes Stabilisierungsmittel deutlich stabilisiert war. Folglich war die Verbrennungseffizienz erhöht. Die anderen Läufe resultierten in einem ähnlichen Verhalten.
  • Eine Kombination von Basen ist auch innerhalb der Lehre der vorliegenden Erfindung möglich.

Claims (7)

  1. Flüssige Einkomponenten-Treibmittelformulierung, welche verbesserte Verbrennungsstabilität und Lagerfähigkeit aufweist, umfassend eine Lösung von Ammoniumdinitramid, einen Treibstoff und Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass die Formulierung außerdem ein Stabilisierungsmittel, ausgewählt aus Ammoniak, einer schwächeren Base als Ammoniak oder einer Base, die sterisch gehindert ist, enthält, welches in einer Menge von 0,1 bis 5% des Gesamtgewichts der anderen Komponenten des Treibmittels zugegeben wird.
  2. Treibmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabilisierungsmittel aus Hydrazin, Hydroxylamin, Harnstoff, Ethylenimin, Allantoin, Pyridin, 2-, 3- und 4-Methylpyridin, 2- und 4-Pyridinamin, 2,5-Pyridindiamin, 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-, 3,4- und 3,5-Dimethylpyridin, 2-Ethylpyridin, 2,4,6-Trimethylpyridin, 4,6-Dimethylpyrimidinamin, Methoxypyridin, Imidazol, 2,4-Dimethylimidazol, Chinolin, Naphthylamin, N,N-Dimethylcyclohexylamin, N-Ethyldiisopropylamin und Hexamethylentetramin (Hexamin) ausgewählt ist.
  3. Treibmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stabilisierungsmittel Hexamin oder Harnstoff ist.
  4. Treibmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibstoff aus ein-, zwei-, drei- und mehrwertigen Alkoholen, Aldehyden, Ketonen, Carbonsäuren, Ethern, Nitrilen, Sulfoxiden, Formamiden, Sulfonen, primären, sekundären und tertiären Aminen, Aminosäuren, gesättigten flüssigen Kohlenwasserstoffen und jeglichen Gemischen davon ausgewählt ist.
  5. Treibmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibstoff aus Methanol, Glycin und Glycol ausgewählt ist.
  6. Treibmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 0,5–5%, vorzugsweise 0,5–3%, und noch mehr bevorzugt 0,5–1%, und am meisten bevorzugt 0,5% des Stabilisierungsmittels, bezogen auf das Gesamtgewicht der anderen Komponenten, zugegeben werden.
  7. Verwendung einer Base zur Stabilisierung der Verbrennungseigenschaften einer flüssigen Einkomponenten-Treibmittelzusammensetzung, welche eine Lösung von Ammoniumdinitramid, einen Treibstoff und Wasser umfasst.
DE60221003T 2001-05-28 2002-05-23 Auf ammoniumdinitramid basierende flüssige einkomponenten-treibmittel mit verbesserter verbrennungsstabilität und lagerfähigkeit Expired - Lifetime DE60221003T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0101751A SE0101751D0 (sv) 2001-05-28 2001-05-28 Ammonium dinitramide based liquid monopropellants exhibiting improved cumbustion stability and storage life
SE0101751 2001-05-28
PCT/SE2002/000988 WO2002096832A1 (en) 2001-05-28 2002-05-23 Ammonium dinitramide based liquid monopropellants exhibiting improved combustion stability and storage life

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60221003D1 DE60221003D1 (de) 2007-08-16
DE60221003T2 true DE60221003T2 (de) 2008-03-06

Family

ID=20284154

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60221003T Expired - Lifetime DE60221003T2 (de) 2001-05-28 2002-05-23 Auf ammoniumdinitramid basierende flüssige einkomponenten-treibmittel mit verbesserter verbrennungsstabilität und lagerfähigkeit

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7976653B2 (de)
EP (1) EP1390323B1 (de)
AT (1) ATE366233T1 (de)
DE (1) DE60221003T2 (de)
SE (1) SE0101751D0 (de)
WO (1) WO2002096832A1 (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5113250B2 (ja) * 2007-06-26 2013-01-09 エスセーアー・ハイジーン・プロダクツ・アーベー 吸収用品の製造方法
DE102008061711B3 (de) * 2008-12-12 2010-07-29 Voith Patent Gmbh Verfahren zur Steuerung der Leistungsübertragung in einem Antriebsstrang und Antriebsstrang
WO2012166046A2 (en) 2011-06-01 2012-12-06 Ecaps Ab Low-temperature operational and storable ammonium dinitramide based liquid monopropellant blends
WO2013048315A2 (en) 2011-09-26 2013-04-04 Ecaps Aktiebolag Method and arrangement for conversion of chemical energy from aqueous, liquid, adn-based monopropellants into mechanical energy
JP6243902B2 (ja) * 2012-05-09 2017-12-06 イーシーエイピーエス・アクチボラグ アンモニウムジニトラミドベースの液体単元推進薬のための改善されたリアクタ、および、そのようなリアクタを含むスラスタ
EP2847453B1 (de) 2012-05-09 2016-12-07 ECAPS Aktiebolag Verbesserter reaktor für auf ammoniumdinitramid basierende flüssige monotreibmittel und triebwerk mit dem reaktor
EP2999683B1 (de) * 2013-05-20 2017-07-19 ECAPS Aktiebolag Oxidierungsmittelreiche flüssige monotreibstoffe für einen chemischen doppelmodus-raketenmotor
US20160108855A1 (en) 2013-05-29 2016-04-21 Ecaps Ab Dual mode chemical rocket engine, and dual mode propulsion system comprising the rocket engine
CN103694067B (zh) * 2013-11-29 2016-04-27 西安近代化学研究所 一种二硝酰胺铵用热稳定剂及应用
CN109503164A (zh) * 2018-12-13 2019-03-22 云南大学 燃烧法制备陶瓷粉体的方法
CN116217314B (zh) * 2023-04-25 2024-01-23 湖北航天化学技术研究所 一种复合含能粒子及其制备方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3172793A (en) * 1965-03-09 Temperature xc
US3066479A (en) * 1959-07-14 1962-12-04 Engelhard Ind Inc Stabilized azide fuel and combustion process
US3696616A (en) * 1967-10-05 1972-10-10 Aerojet General Co Non-carbon forming monopropellant process using a lower alkylhydrazine and ammonia
US4418489A (en) * 1981-05-26 1983-12-06 Mathauser William R Strike signalling apparatus for a fishing rod
US4446211A (en) * 1983-05-13 1984-05-01 Gte Communications Products Corporation Reserve electrochemical battery
GB8405209D0 (en) * 1984-02-29 1984-04-04 Dellareed Ltd Bite indicators
US4700501A (en) * 1987-02-18 1987-10-20 George Bryan Combined fishing rod and fishing line vibrator
GB8816259D0 (en) * 1988-07-08 1988-08-10 Lowe M C Electronic bite detector
US5088223A (en) * 1989-08-14 1992-02-18 Chu Tak Y W Fishing accessory
US5581930A (en) * 1993-07-13 1996-12-10 Langer; Alexander G. Remote activity sensing system
US6708441B2 (en) * 1996-04-29 2004-03-23 Anthony Richard Dirito Fish bite detector
US5780769A (en) * 1996-08-26 1998-07-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Thermal stabilization of N,N-dinitramide salts
US6136115A (en) * 1997-07-02 2000-10-24 Cordant Technologies Inc. Thermally-stabilized prilled ammonium dinitramide particles, and process for making the same
EP0950648A1 (de) * 1998-04-15 1999-10-20 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno Monergoles flüssiges Treibstoffsystem
US6113712A (en) * 1998-12-22 2000-09-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy ADN stabilizers
SE513930C2 (sv) * 1999-02-26 2000-11-27 Svenska Rymdaktiebolaget Flytande drivmedel
US6984273B1 (en) * 1999-07-29 2006-01-10 Aerojet-General Corporation Premixed liquid monopropellant solutions and mixtures
US6220538B1 (en) * 1999-10-22 2001-04-24 Anthony J. Durso Electronic jigging reel
US6836995B1 (en) * 2003-05-21 2005-01-04 Jeffrey P Zernov Vibrating fishing rod

Also Published As

Publication number Publication date
US7976653B2 (en) 2011-07-12
EP1390323B1 (de) 2007-07-04
WO2002096832A1 (en) 2002-12-05
ATE366233T1 (de) 2007-07-15
DE60221003D1 (de) 2007-08-16
SE0101751D0 (sv) 2001-05-28
US20040231765A1 (en) 2004-11-25
EP1390323A1 (de) 2004-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60003429T2 (de) Dinitramid enthaltende treibstoffzusammensetzung
DE60221003T2 (de) Auf ammoniumdinitramid basierende flüssige einkomponenten-treibmittel mit verbesserter verbrennungsstabilität und lagerfähigkeit
DE2427480C3 (de) Feste Treibstoffzusammensetzung
DE2731609C2 (de) Wasser-in-Öl-Emulsionssprengstoffmischung
DE69220157T2 (de) Emulsionssprengstoff
CH643523A5 (de) Emulsionssprengstoff.
DE69701753T2 (de) Stabilisiertes Ammoniumnitrat
DE69904158T2 (de) Monergoles flüssiges treibstoffsystem
DE19730872A1 (de) Pyrotechnische Mischung als Treibmittel oder als Gassatz mit Kohlenmonoxid-reduzierten Schwaden
DE2263860C3 (de) Feststoff-Projektiltreibladung
DE2329558C3 (de) Gießfähige Gasgeneratortreibstoffe
US8758531B1 (en) Catalytic hypergolic bipropellants
DE69921816T2 (de) Hochleistungsfesttreibstoff auf basis von hydrazin-nitroform
RU2157358C2 (ru) Эмульсионное взрывчатое вещество
DE112015002666T5 (de) Verbesserte Booster-Zusammensetzung
EP3766859B1 (de) Hypergoles zweistoffsystem für raketentriebwerke
US3180772A (en) Ammonium nitrate propellant
DE112011101072T5 (de) Gaserzeugungsmittelzusammensetzungen
DE2601162C2 (de) Sprengstoffmischung
DE69904326T2 (de) Gaserzeugende feste pyrotechnische ladungen auf basis von wasserhaltigen zusammensetzungen
DE19617538C1 (de) Gaserzeugendes, azidfreies Stoffgemisch
US4427466A (en) Advanced monopropellants
EP0166096B1 (de) Motor-Kraftstoffe
DE2737699C3 (de) Verfahren zur Modifizierung des Abbrandverhaltens von Nitrocellulose enthaltenden Festtreibstoffen durch chemische Abwandlung der Nitrocellulose-Komponente und Verwendung der so hergestellten Nitrocellulose
DE2655782C1 (de) Monergol-Treibstoff

Legal Events

Date Code Title Description
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: ECAPS AB, SOLNA, SE

8364 No opposition during term of opposition