JP2019199395A - 液体推進剤 - Google Patents
液体推進剤 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019199395A JP2019199395A JP2018096560A JP2018096560A JP2019199395A JP 2019199395 A JP2019199395 A JP 2019199395A JP 2018096560 A JP2018096560 A JP 2018096560A JP 2018096560 A JP2018096560 A JP 2018096560A JP 2019199395 A JP2019199395 A JP 2019199395A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- liquid propellant
- nitrate
- urea
- mass
- propellant
- 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.)
- Pending
Links
- 239000003380 propellant Substances 0.000 title claims abstract description 64
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 58
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- BRUFJXUJQKYQHA-UHFFFAOYSA-O ammonium dinitramide Chemical compound [NH4+].[O-][N+](=O)[N-][N+]([O-])=O BRUFJXUJQKYQHA-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims abstract description 38
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000005749 Copper compound Substances 0.000 claims abstract description 19
- 150000001880 copper compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 19
- PTIUDKQYXMFYAI-UHFFFAOYSA-N methylammonium nitrate Chemical compound NC.O[N+]([O-])=O PTIUDKQYXMFYAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- VPONMBLTGNYMND-UHFFFAOYSA-N azane copper(1+) Chemical compound N.N.N.N.[Cu+] VPONMBLTGNYMND-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract 1
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 12
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 10
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 9
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-N Methylamine Chemical compound NC BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 6
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- ITWBWJFEJCHKSN-UHFFFAOYSA-N 1,4,7-triazonane Chemical compound C1CNCCNCCN1 ITWBWJFEJCHKSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 4
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- -1 amine nitrate Chemical class 0.000 description 3
- BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N copper(I) oxide Inorganic materials [Cu]O[Cu] BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N cuprous oxide Chemical compound [O-2].[Cu+].[Cu+] KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229940112669 cuprous oxide Drugs 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N Glycine Chemical compound NCC(O)=O DHMQDGOQFOQNFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000015842 Hesperis Nutrition 0.000 description 2
- 235000012633 Iberis amara Nutrition 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N cyclohexanone Chemical compound O=C1CCCCC1 JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 2
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 2
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 2
- HJOVHMDZYOCNQW-UHFFFAOYSA-N isophorone Chemical compound CC1=CC(=O)CC(C)(C)C1 HJOVHMDZYOCNQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002576 ketones Chemical class 0.000 description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XNLICIUVMPYHGG-UHFFFAOYSA-N pentan-2-one Chemical compound CCCC(C)=O XNLICIUVMPYHGG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FDPIMTJIUBPUKL-UHFFFAOYSA-N pentan-3-one Chemical compound CCC(=O)CC FDPIMTJIUBPUKL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004471 Glycine Substances 0.000 description 1
- QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N L-alanine Chemical compound C[C@H](N)C(O)=O QNAYBMKLOCPYGJ-REOHCLBHSA-N 0.000 description 1
- AGPKZVBTJJNPAG-WHFBIAKZSA-N L-isoleucine Chemical compound CC[C@H](C)[C@H](N)C(O)=O AGPKZVBTJJNPAG-WHFBIAKZSA-N 0.000 description 1
- ROHFNLRQFUQHCH-YFKPBYRVSA-N L-leucine Chemical compound CC(C)C[C@H](N)C(O)=O ROHFNLRQFUQHCH-YFKPBYRVSA-N 0.000 description 1
- KZSNJWFQEVHDMF-BYPYZUCNSA-N L-valine Chemical compound CC(C)[C@H](N)C(O)=O KZSNJWFQEVHDMF-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 1
- ROHFNLRQFUQHCH-UHFFFAOYSA-N Leucine Natural products CC(C)CC(N)C(O)=O ROHFNLRQFUQHCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NTIZESTWPVYFNL-UHFFFAOYSA-N Methyl isobutyl ketone Chemical compound CC(C)CC(C)=O NTIZESTWPVYFNL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UIHCLUNTQKBZGK-UHFFFAOYSA-N Methyl isobutyl ketone Natural products CCC(C)C(C)=O UIHCLUNTQKBZGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KZSNJWFQEVHDMF-UHFFFAOYSA-N Valine Natural products CC(C)C(N)C(O)=O KZSNJWFQEVHDMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000004279 alanine Nutrition 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- CDQSJQSWAWPGKG-UHFFFAOYSA-N butane-1,1-diol Chemical compound CCCC(O)O CDQSJQSWAWPGKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- SXTLQDJHRPXDSB-UHFFFAOYSA-N copper;dinitrate;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O SXTLQDJHRPXDSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- CATSNJVOTSVZJV-UHFFFAOYSA-N heptan-2-one Chemical compound CCCCCC(C)=O CATSNJVOTSVZJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AGPKZVBTJJNPAG-UHFFFAOYSA-N isoleucine Natural products CCC(C)C(N)C(O)=O AGPKZVBTJJNPAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960000310 isoleucine Drugs 0.000 description 1
- 231100001231 less toxic Toxicity 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- MJVUDZGNBKFOBF-UHFFFAOYSA-N n-nitronitramide Chemical class [O-][N+](=O)N[N+]([O-])=O MJVUDZGNBKFOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ULWHHBHJGPPBCO-UHFFFAOYSA-N propane-1,1-diol Chemical compound CCC(O)O ULWHHBHJGPPBCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 239000004474 valine Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Fire-Extinguishing Compositions (AREA)
Abstract
【課題】着火性に優れる液体推進剤の提供。【解決手段】アンモニウムジニトラミドと、モノメチルアミンナイトレートと、尿素と、銅化合物系燃焼助剤と、を少なくとも含有し、好ましくは、銅化合物系燃焼助剤がテトラアンミン硝酸銅又は塩基性硝酸銅である液体推進剤。【選択図】なし
Description
本発明は、液体推進剤、詳しくは、アンモニウムジニトラミドとアミンナイトレートを含む液体推進剤に関する。
液体推進剤は一般にロケット等の飛翔体の推進源として用いられている。宇宙用ロケットの分野では燃焼の中断や再点火により推力の制御が可能であるため、ロケットのメインエンジンの他、スラスタを用いて人工衛星の姿勢制御等に利用されている。
液体推進剤は、一般に二液混合系と一液系の２種類がある。二液混合系は液体酸化剤と液体燃料を用い燃焼させることで大きな推力を得ることができるが、供給装置が二系統必要となるため、システムが複雑となる。一液系は触媒への接触や外部エネルギーにより燃焼させることができるため、システムを簡略化できるといった特徴があり、人工衛星の軌道変換や姿勢制御用スラスタに使用されている。
人工衛星の軌道変換や姿勢制御用スラスタに使用される一液系推進剤は、ヒドラジンを含む推進剤が利用されている。
ヒドラジンは毒性が高く蒸発しやすいため、取扱い時には特殊スーツの着用とそのための空気供給設備が必要となる。さらに特定作業要員と医療要員が必要となり、また充填作業時には平行作業が禁止されるなど、運用に際しては安全対策等にコストがかかり、また、打上作業の作業効率を著しく低下させるといった問題点を有している。
特許文献１には、ヒドラジンに替わる液体推進剤として、酸化剤にアンモニウムジニトラミド（ＡＤＮ）、燃料にアルコールを用いた推進剤が開示されている。毒性が減されており、特に好ましい配合物としてＡＤＮと水とグリセロールが例示されている。
特許文献２にもヒドラジンに替わる液体推進剤として、ジニトラミドの塩を酸化剤として用いた推進剤が開示されている。特に好ましい配合物としてアンモニウムジニトラミド（ＡＤＮ）、モノメチルアミンナイトレート（ＭＭＡＮ）、尿素（Ｕｒｅａ）が例示されている。
特許文献１の技術では、ＡＤＮを液体推進剤として使用するためには、水又はアルコール等溶剤が必要となり、着火性が低下する傾向がある。また、水又はアルコール等溶剤を含むため密度や比推力が低下する。特許文献２の技術では、液体推進剤の調合として溶剤は必須ではないが、着火温度が４５０℃程度であり、着火性が比較的良好ではないという問題がある。以上を鑑み、本発明は、優れた着火性をもつＡＤＮ系共融イオン液体推進剤を提供することを目的とする。
本発明者らは鋭意検討した結果、以下に示す本発明を完成した。
（１）アンモニウムジニトラミドと、モノメチルアミンナイトレートと、尿素と、銅化合物系燃焼助剤と、を少なくとも含有する液体推進剤。
（２）尿素の含有量に対する、アンモニウムジニトラミドとモノメチルアミンナイトレートとの合計含有量の質量比が４〜９である（１）の液体推進剤。
（３）アンモニウムジニトラミドと、モノメチルアミンナイトレートと、尿素との合計含量に対する銅化合物系燃焼助剤の含有量の質量比が０．００１〜０．０２である（１）又は（２）の液体推進剤。
（４）アンモニウムジニトラミドと、モノメチルアミンナイトレートと、尿素と、銅化合物系燃焼助剤との合計含有量が９９．５質量％以上を占める（２）又は（３）の液体推進剤。
（５）銅化合物系燃焼助剤がテトラアンミン硝酸銅又は塩基性硝酸銅である（１）〜（４）の液体推進剤。
（２）尿素の含有量に対する、アンモニウムジニトラミドとモノメチルアミンナイトレートとの合計含有量の質量比が４〜９である（１）の液体推進剤。
（３）アンモニウムジニトラミドと、モノメチルアミンナイトレートと、尿素との合計含量に対する銅化合物系燃焼助剤の含有量の質量比が０．００１〜０．０２である（１）又は（２）の液体推進剤。
（４）アンモニウムジニトラミドと、モノメチルアミンナイトレートと、尿素と、銅化合物系燃焼助剤との合計含有量が９９．５質量％以上を占める（２）又は（３）の液体推進剤。
（５）銅化合物系燃焼助剤がテトラアンミン硝酸銅又は塩基性硝酸銅である（１）〜（４）の液体推進剤。
本発明により、ＡＤＮ系共融イオン液体を用いた、着火性が向上した液体推進剤が提供される。
本発明は、アンモニウムジニトラミドと、モノメチルアミンナイトレートと、尿素と、銅化合物系燃焼助剤と、を少なくとも含有する液体推進剤である。
ここで、液体推進剤とは、液体推進剤がロケットエンジンシステムの上で供給、噴出される際に、流動性を有している推進剤を指す。液体推進剤は流動性を損なわなければ固体物質を含有してもよい。
アンモニウムジニトラミド（ＡＤＮ）は下記化学式（１）で表される化合物である。
ＡＤＮは公知化合物であり、例えば、特表平５−５００７９５号公報に記載の製造方法に倣って、対応するカチオンを調製することにより、上記化学式（１）のアンモニウムジニトラミドを得ることができる。
モノメチルアミンナイトレート（ＭＭＡＮ）は下記一般式（２）で表される化合物である。
モノメチルアミンは公知化合物であり、市販のものを用いたり、公知の製法により得られたものを用いることができる。前記製法としては、例えば、モノメチルアミンと硝酸とを反応させることなどが挙げられ、具体例は後述の実施例にて記載される。
尿素は、化学式ＣＯ（ＮＨ２）２で表される化合物である。尿素は公知化合物であり、市販のものを用いたり、公知の製法により得られたものを用いることができる。
銅化合物系燃焼助剤は、銅を含む化合物であり、好ましくは、前記銅は二価である。銅化合物系燃焼助剤は、好ましくは銅を含むオキソ酸塩であり、より好ましくは硝酸塩である。具体的な好適化合物として、テトラアンミン硝酸銅（Ｃｕ（ＮＨ３）４（ＮＯ３）２）、塩基性硝酸銅（Ｃｕ２（ＮＯ３）（ＯＨ）３）などを挙げることができる。なお、一価の銅の使用が否定される訳ではなく、例えば酸化第一銅（Ｃｕ２Ｏ）を銅化合物系燃焼助剤として用いることもできる。
銅化合物系燃焼助剤の存在により液体推進剤の着火性が向上する。着火性が向上するメカニズムは詳細には判明していないが、概ね、以下のように推察される。銅化合物系燃焼助剤は、液体推進剤中のＡＤＮの分解によって生成する硝酸と反応して中間生成物を形成する。さらに、その中間生成物が直ちに発熱分解を起こす。この発熱分解により液体推進剤全体の自己発熱量が増加するため、結果として着火性が向上する。
本発明の液体推進剤は、ヒドラジンを用いる必要が無いため、ヒドラジンを用いる液体推進剤と比べ毒性が低く、防護服等により安全性を確保しなくても容易に取り扱え、かつ、これまでの液体推進剤よりも比推力に優れる。よって、好ましくは、本発明の液体推進剤にはヒドラジンが実質的に含まれない。ヒドラジンが実施的に含まれないとは、例えば、含有量が１ｗｔ％以下であることを意味する。また、好ましくは、本発明の液体推進剤には、上述のＡＤＮ、ＭＭＡＮ、尿素及び銅化合物系燃焼助剤の総量が８０ｗｔ％以上、より好ましくは９５ｗｔ％以上、さらに好ましくは９９．５％以上を占める。
液体推進剤におけるＡＤＮとＭＭＡＮの比率に関しては特に限定は無く、（ＡＤＮの質量）／（ＭＭＡＮの質量）の比率は、好ましくは０．５〜２．５であり、より好ましくは０．６〜２．０である。該範囲にすることで、液体としての推進剤を得やすくなり、優れた比推力を得ることができる。また、ＡＤＮ及びＭＭＡＮは共融系を成していることが好ましい。
液体推進剤に含まれる尿素の質量は、ＡＤＮ及びＭＭＡＮの質量より少ないことが好ましく、（ＡＤＮ及びＭＭＡＮの合計質量）／（尿素の質量）の比率は好ましくは４〜９である。該範囲にすることで、液体としての推進剤を得やすくなり、優れた比推力を得ることができる。なお、液体推進剤全質量に占める尿素の質量の割合は、好ましくは０．５〜２０ｗｔ％である。
液体推進剤に含まれる銅化合物系燃焼助剤の質量は、ＡＤＮ、ＭＭＡＮ及び尿素の質量より少ないことが好ましく、（銅化合物系燃焼助剤の質量）／（ＡＤＮ、ＭＭＡＮ及び尿素の合計質量）の比率は好ましくは０．００１〜０．０２である。該範囲にすることで、液体としての推進剤を得やすくなるとともに、着火温度の低下が期待される。
本願発明の液体推進剤には、溶媒として水を用いても用いなくても液体状態となるため水を用いなくてもよいが、液体推進剤の凝固点等を降下させる目的で、適宜水を加えて用いてもよい。
本発明の液体推進剤には、諸性能を調節するために、燃料を用いてもよい。燃料としては、アルコール類、アミノ類、ケトン類等が挙げられる。
アルコール類としては、メタノール、エタノール、エタンジオール、プロパノール、イソプロパノール、プロパンジオール、プロパントリオール、ブタノール、ブタンジオール等が挙げられる。
アミノ類としては、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン等が挙げられる。
ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、ジメチルケトン、ジエチルケトン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン、イソホロン等が挙げられる。
アルコール類としては、メタノール、エタノール、エタンジオール、プロパノール、イソプロパノール、プロパンジオール、プロパントリオール、ブタノール、ブタンジオール等が挙げられる。
アミノ類としては、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン等が挙げられる。
ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、ジメチルケトン、ジエチルケトン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン、イソホロン等が挙げられる。
本発明の液体推進剤には、添加剤を含有させて用いてもよい。添加剤としては、燃焼触媒、燃焼助剤等が挙げられる。
燃焼触媒とは、燃焼を促進させる触媒のことであり、詳細には、反応活性を上昇させ、低温でも着火が可能となり、幅広い範囲で用いることができる。燃焼触媒としては、ロジウム、ルテニウム、白金、パラジウム、イリジウム等が挙げられる。
燃焼助剤とは、液体推進剤の比推力を向上させる添加剤であり、アルミニウム、マグネシウム、ホウ素、チタン、グラファイト等の粉末が挙げられる。
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明は、本実施例により何ら限定されるものではない。
実施例及び比較例で用いる各化合物は以下のようにして得た。
モノメチルアミンナイトレートは、以下のように合成した。
モノメチルアミン４０％水溶液１４６．５部に、７０％硝酸１８７．６部を滴下して１０℃以下で撹拌して反応させた。反応後、得られた水溶液を６０℃、３０ｍｍＨｇの条件で水を留去させ、モノメチルアミンナイトレートの飽和水溶液を得た。モノメチルアミンナイトレートの飽和水溶液をイソプロピルアルコール２８０部に入れ撹拌させて、モノメチルアミンナイトレートの結晶を析出させた。得られた結晶を濾別し、イソプロピルアルコールで洗浄し、乾燥させて、モノメチルアミンナイトレート１８６．４部を得た。
モノメチルアミン４０％水溶液１４６．５部に、７０％硝酸１８７．６部を滴下して１０℃以下で撹拌して反応させた。反応後、得られた水溶液を６０℃、３０ｍｍＨｇの条件で水を留去させ、モノメチルアミンナイトレートの飽和水溶液を得た。モノメチルアミンナイトレートの飽和水溶液をイソプロピルアルコール２８０部に入れ撹拌させて、モノメチルアミンナイトレートの結晶を析出させた。得られた結晶を濾別し、イソプロピルアルコールで洗浄し、乾燥させて、モノメチルアミンナイトレート１８６．４部を得た。
テトラアンミン硝酸銅は、以下のように合成した。
硝酸銅三水和物５ｇに２５％アンモニア水１０ｍＬを加え、８０℃で１０分間反応させた。反応溶液を４０℃に冷却し、５０ｍＬのエタノールを加えた。その後、吸引ろ過により沈殿物を取り出し、さらにエタノールで洗浄し、減圧乾燥してテトラアンミン硝酸銅を得た。
硝酸銅三水和物５ｇに２５％アンモニア水１０ｍＬを加え、８０℃で１０分間反応させた。反応溶液を４０℃に冷却し、５０ｍＬのエタノールを加えた。その後、吸引ろ過により沈殿物を取り出し、さらにエタノールで洗浄し、減圧乾燥してテトラアンミン硝酸銅を得た。
ＡＤＮ、塩基性硝酸銅、尿素、酸化第一銅（Ｃｕ２Ｏ）、酸化鉄、酸化マグネシウム、酸化マンガン、酸化ニッケルは、市販品を用いた。
液体推進剤を製造するために、アンモニウムジニトラミドと、モノメチルアミンナイトレートと、尿素とを室温にて混合し、６０℃で１時間静置し、溶解させて共融イオン液体を得た。得られた共融イオン液体に燃焼助剤を加えて、再び６０℃で１時間静置することによって、液体推進剤を得た。
製造した液体推進剤の組成は以下のとおりである。なお、ＡＤＮ、ＭＭＡＮ及び尿素の合計質量を１００質量部であるとして、燃焼助剤の量を算出した。
ＡＤＮ ＭＭＡＮ 尿素 燃焼助剤（添加量）
実施例１ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＴＡＣＮ（１質量部）
実施例２ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＴＡＣＮ（２質量部）
実施例３ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＴＡＣＮ（３質量部）
実施例４ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＢＣＮ（１質量部）
実施例５ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＢＣＮ（２質量部）
実施例６ ３０ｗｔ％ ５０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＢＣＮ（２質量部）
実施例７ ６０ｗｔ％ ３０ｗｔ％ １０ｗｔ％ ＢＣＮ（２質量部）
実施例８ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＢＣＮ（３質量部）
実施例９ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ Ｃｕ２Ｏ（１質量部）
比較例１ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ 無し
比較例２ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＦｅＯ（１質量部）
比較例３ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＭｇＯ（１質量部）
比較例４ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＭｎＯ（１質量部）
比較例５ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＮｉＯ（１質量部）
ＡＤＮ ＭＭＡＮ 尿素 燃焼助剤（添加量）
実施例１ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＴＡＣＮ（１質量部）
実施例２ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＴＡＣＮ（２質量部）
実施例３ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＴＡＣＮ（３質量部）
実施例４ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＢＣＮ（１質量部）
実施例５ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＢＣＮ（２質量部）
実施例６ ３０ｗｔ％ ５０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＢＣＮ（２質量部）
実施例７ ６０ｗｔ％ ３０ｗｔ％ １０ｗｔ％ ＢＣＮ（２質量部）
実施例８ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＢＣＮ（３質量部）
実施例９ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ Ｃｕ２Ｏ（１質量部）
比較例１ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ 無し
比較例２ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＦｅＯ（１質量部）
比較例３ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＭｇＯ（１質量部）
比較例４ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＭｎＯ（１質量部）
比較例５ ４０ｗｔ％ ４０ｗｔ％ ２０ｗｔ％ ＮｉＯ（１質量部）
上記における略語は以下の通りである。
ＡＤＮ：アンモニウムジニトラミド
ＭＭＡＮ：モノメチルアミンナイトレート
ＴＡＣＮ：テトラアンミン硝酸銅
ＢＣＮ：塩基性硝酸銅
Ｃｕ２Ｏ：酸化第一銅
ＦｅＯ：酸化鉄
ＭｇＯ：酸化マグネシウム
ＭｎＯ：酸化マンガン
ＮｉＯ：酸化ニッケル
ＡＤＮ：アンモニウムジニトラミド
ＭＭＡＮ：モノメチルアミンナイトレート
ＴＡＣＮ：テトラアンミン硝酸銅
ＢＣＮ：塩基性硝酸銅
Ｃｕ２Ｏ：酸化第一銅
ＦｅＯ：酸化鉄
ＭｇＯ：酸化マグネシウム
ＭｎＯ：酸化マンガン
ＮｉＯ：酸化ニッケル
得られた液体推進剤の溶解状態を目視で評価した。常温にて６０分間静置した後、目視で濁りや固体が全く認識できない場合はＡ、それ以外をＢとして評価した。なお、ＡでもＢでも、液体推進剤としての使用には支障はない。
得られた液体推進剤の着火温度を測定した。５０℃間隔で加熱したホットプレート上に液体推進剤を１滴滴下し、着火する際のホットプレートの最低温度を、着火温度として評価した。
製造した液体推進剤の評価結果は以下のとおりである。
溶解状態 着火温度
実施例１ Ａ ４００℃
実施例２ Ａ ２５０℃
実施例３ Ｂ ２５０℃
実施例４ Ａ ３５０℃
実施例５ Ａ ３５０℃
実施例６ Ａ ４００℃
実施例７ Ａ ３５０℃
実施例８ Ｂ ３５０℃
実施例９ Ｂ ４００℃
比較例１ Ａ ４５０℃
比較例２ Ｂ ４５０℃
比較例３ Ｂ ４５０℃
比較例４ Ｂ ４５０℃
比較例５ Ｂ ４５０℃
溶解状態 着火温度
実施例１ Ａ ４００℃
実施例２ Ａ ２５０℃
実施例３ Ｂ ２５０℃
実施例４ Ａ ３５０℃
実施例５ Ａ ３５０℃
実施例６ Ａ ４００℃
実施例７ Ａ ３５０℃
実施例８ Ｂ ３５０℃
実施例９ Ｂ ４００℃
比較例１ Ａ ４５０℃
比較例２ Ｂ ４５０℃
比較例３ Ｂ ４５０℃
比較例４ Ｂ ４５０℃
比較例５ Ｂ ４５０℃
以上のとおり、実施例では、比較例よりも着火温度が低く、すなわち着火性が良好な液体推進剤が得られた。
本発明の液体推進剤は、着火性に優れるため、一液系推進剤としてだけではなく、二液系推進剤への適用が可能である。さらに、ホットプレートによる加熱着火方式だけではなく、電気着火方式、レーザ着火方式、触媒着火方式等、各種着火方式への適用が可能である。
Claims (5)
- アンモニウムジニトラミドと、モノメチルアミンナイトレートと、尿素と、銅化合物系燃焼助剤と、を少なくとも含有する液体推進剤。
- 尿素の含有量に対する、アンモニウムジニトラミドとモノメチルアミンナイトレートとの合計含有量の質量比が４〜９である請求項１記載の液体推進剤。
- アンモニウムジニトラミドと、モノメチルアミンナイトレートと、尿素との合計含量に対する銅化合物系燃焼助剤の含有量の質量比が０．００１〜０．０２である請求項１又は２記載の液体推進剤。
- アンモニウムジニトラミドと、モノメチルアミンナイトレートと、尿素と、銅化合物系燃焼助剤との合計含有量が９９．５質量％以上を占める請求項２又は３記載の液体推進剤。
- 銅化合物系燃焼助剤がテトラアンミン硝酸銅又は塩基性硝酸銅である請求項１〜４のいずれか１項記載の液体推進剤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018096560A JP2019199395A (ja) | 2018-05-18 | 2018-05-18 | 液体推進剤 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018096560A JP2019199395A (ja) | 2018-05-18 | 2018-05-18 | 液体推進剤 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019199395A true JP2019199395A (ja) | 2019-11-21 |
Family
ID=68611305
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018096560A Pending JP2019199395A (ja) | 2018-05-18 | 2018-05-18 | 液体推進剤 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2019199395A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021085577A1 (ja) | 2019-10-31 | 2021-05-06 | キヤノン株式会社 | ウルトラファインバブル生成方法、ウルトラファインバブル含有液の製造装置および製造方法 |
-
2018
- 2018-05-18 JP JP2018096560A patent/JP2019199395A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021085577A1 (ja) | 2019-10-31 | 2021-05-06 | キヤノン株式会社 | ウルトラファインバブル生成方法、ウルトラファインバブル含有液の製造装置および製造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1192115B1 (en) | Dinitramide based liquid mono-propellants | |
| Liu et al. | Exploiting hydrophobic borohydride-rich ionic liquids as faster-igniting rocket fuels | |
| US8012277B2 (en) | Ionic liquid and a method of synthesizing an ionic liquid | |
| Jos et al. | Ammonium nitrate as an eco–friendly oxidizer for composite solid propellants: promises and challenges | |
| Shamshina et al. | Catalytic ignition of ionic liquids for propellant applications | |
| US5254324A (en) | Dinitramide salts and method of making same | |
| Hanafi et al. | 5-Nitro-1, 2, 4-triazole-3-one: a review of recent advances | |
| Zhang et al. | Super-base-derived hypergolic ionic fuels with remarkably improved thermal stability | |
| JP5819011B2 (ja) | 液体推進薬 | |
| US6509473B1 (en) | Energetic triazolium salts | |
| JP2019199395A (ja) | 液体推進剤 | |
| EP0066999A1 (en) | Process for co-nitrating trimethylolethane and diethylene glycol | |
| EP0624148A1 (en) | PROCESS FOR FORMING SALT OR DINITRAMIDE ACID. | |
| US8758531B1 (en) | Catalytic hypergolic bipropellants | |
| US8636860B2 (en) | Ionic liquid monopropellant gas generator | |
| Wu et al. | Energetic nitrogen-rich salts | |
| JP2022025386A (ja) | 液体推進剤 | |
| Vandel’ et al. | Application of dinitramide salts | |
| US20190100475A1 (en) | Propellant Composition | |
| US3453092A (en) | Boron,nitrogen and hydrogen containing compounds | |
| Gao et al. | Hypergolic ionic liquid fuels and oxidizers | |
| JP7088740B2 (ja) | 液体推進剤およびその添加剤 | |
| US9309266B2 (en) | High-performing stable green replacements for ammonium perchlorate | |
| DÎRLOMAN et al. | Eco-oxidizers for composite propellants: Ammonium nitrate and ammonium dinitramide | |
| US4797168A (en) | Azidodinitro propellants |