JP2024509729A - fuel - Google Patents
fuel Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024509729A JP2024509729A JP2023548626A JP2023548626A JP2024509729A JP 2024509729 A JP2024509729 A JP 2024509729A JP 2023548626 A JP2023548626 A JP 2023548626A JP 2023548626 A JP2023548626 A JP 2023548626A JP 2024509729 A JP2024509729 A JP 2024509729A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- weight
- solvent
- inorganic salt
- fuel according
- 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
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 148
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 125000004971 nitroalkyl group Chemical group 0.000 claims abstract description 6
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 18
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N lithium nitrate Chemical group [Li+].[O-][N+]([O-])=O IIPYXGDZVMZOAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 claims description 6
- AHRQMWOXLCFNAV-UHFFFAOYSA-O ethylammonium nitrate Chemical compound CC[NH3+].[O-][N+]([O-])=O AHRQMWOXLCFNAV-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical group [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M lithium perchlorate Chemical compound [Li+].[O-]Cl(=O)(=O)=O MHCFAGZWMAWTNR-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 229910001486 lithium perchlorate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004651 carbonic acid esters Chemical class 0.000 claims description 2
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RNTNMLSEAPQALD-UHFFFAOYSA-N lithium dinitroazanide Chemical compound [Li+].[O-][N+](=O)[N-][N+]([O-])=O RNTNMLSEAPQALD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004681 metal hydrides Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 2
- MCSAJNNLRCFZED-UHFFFAOYSA-N nitroethane Chemical compound CC[N+]([O-])=O MCSAJNNLRCFZED-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYSA-N nitromethane Chemical compound C[N+]([O-])=O LYGJENNIWJXYER-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical class OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 claims description 2
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical class [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 235000010333 potassium nitrate Nutrition 0.000 claims description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000001698 pyrogenic effect Effects 0.000 claims description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 2
- 235000010344 sodium nitrate Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract 1
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 25
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 15
- BRUFJXUJQKYQHA-UHFFFAOYSA-O ammonium dinitramide Chemical compound [NH4+].[O-][N+](=O)[N-][N+]([O-])=O BRUFJXUJQKYQHA-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 8
- 239000003380 propellant Substances 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- CRJZNQFRBUFHTE-UHFFFAOYSA-N hydroxylammonium nitrate Chemical compound O[NH3+].[O-][N+]([O-])=O CRJZNQFRBUFHTE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 4
- WFPZPJSADLPSON-UHFFFAOYSA-N dinitrogen tetraoxide Chemical compound [O-][N+](=O)[N+]([O-])=O WFPZPJSADLPSON-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 4
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000015842 Hesperis Nutrition 0.000 description 2
- 235000012633 Iberis amara Nutrition 0.000 description 2
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 2
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 2
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DIIIISSCIXVANO-UHFFFAOYSA-N 1,2-Dimethylhydrazine Chemical compound CNNC DIIIISSCIXVANO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000020 Nitrocellulose Substances 0.000 description 1
- SNIOPGDIGTZGOP-UHFFFAOYSA-N Nitroglycerin Chemical compound [O-][N+](=O)OCC(O[N+]([O-])=O)CO[N+]([O-])=O SNIOPGDIGTZGOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004035 construction material Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- -1 ethyl methyl Chemical group 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 229960003711 glyceryl trinitrate Drugs 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 1
- 231100001231 less toxic Toxicity 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- HDZGCSFEDULWCS-UHFFFAOYSA-N monomethylhydrazine Chemical compound CNN HDZGCSFEDULWCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000013341 scale-up Methods 0.000 description 1
- 239000008247 solid mixture Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 230000002110 toxicologic effect Effects 0.000 description 1
- 231100000027 toxicology Toxicity 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
- C06B31/00—Compositions containing an inorganic nitrogen-oxygen salt
- C06B31/02—Compositions containing an inorganic nitrogen-oxygen salt the salt being an alkali metal or an alkaline earth metal nitrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06D—MEANS FOR GENERATING SMOKE OR MIST; GAS-ATTACK COMPOSITIONS; GENERATION OF GAS FOR BLASTING OR PROPULSION (CHEMICAL PART)
- C06D5/00—Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets
- C06D5/10—Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets by reaction of solids with liquids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
- C06B25/00—Compositions containing a nitrated organic compound
- C06B25/34—Compositions containing a nitrated organic compound the compound being a nitrated acyclic, alicyclic or heterocyclic amine
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
- C06B25/00—Compositions containing a nitrated organic compound
- C06B25/36—Compositions containing a nitrated organic compound the compound being a nitroparaffin
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
- C06B25/00—Compositions containing a nitrated organic compound
- C06B25/36—Compositions containing a nitrated organic compound the compound being a nitroparaffin
- C06B25/38—Compositions containing a nitrated organic compound the compound being a nitroparaffin with other nitrated organic compound
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
- C06B27/00—Compositions containing a metal, boron, silicon, selenium or tellurium or mixtures, intercompounds or hydrides thereof, and hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
- C06B29/00—Compositions containing an inorganic oxygen-halogen salt, e.g. chlorate, perchlorate
- C06B29/02—Compositions containing an inorganic oxygen-halogen salt, e.g. chlorate, perchlorate of an alkali metal
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
- Air Bags (AREA)
- High-Pressure Fuel Injection Pump Control (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Control Of The Air-Fuel Ratio Of Carburetors (AREA)
Abstract
本発明は、液体又はゲル状の燃料、特にロケットエンジン用の燃料に関するものであって、酸化剤としての無機塩であって、無機塩が少なくとも６０重量％の酸素含有量を有する、無機塩と、一価又は二価のアルコール、ニトロアルカン及び／又は硝酸塩が陰イオンであるイオン液体を含む、燃料としての溶媒であって、溶媒が３０重量％以上５５重量％以下の酸素含有量を有する、溶媒と、を含み、無機塩は、溶媒に溶解している。【選択図】図１The present invention relates to a liquid or gelled fuel, in particular a fuel for rocket engines, comprising an inorganic salt as an oxidizing agent, the inorganic salt having an oxygen content of at least 60% by weight. , a solvent as a fuel containing an ionic liquid in which a monohydric or dihydric alcohol, a nitroalkane and/or a nitrate is an anion, the solvent having an oxygen content of 30% by weight or more and 55% by weight or less, a solvent, and the inorganic salt is dissolved in the solvent. [Selection diagram] Figure 1
Description
本発明は、液体又はゲル状の燃料、特にロケットエンジン用の燃料に関する。 The present invention relates to liquid or gel fuels, particularly fuels for rocket engines.
反跳原理で作動するロケットエンジン用の燃料のうち、主に固体燃料システムと液体燃料システムとに区別される。具体的な応用分野（打ち上げ用ロケット、軌道エンジンなど）に応じて、異なる燃料システムを有利に使用することができるが、全てのシステムには、特有の欠点もある。 Among the fuels for rocket engines that operate on the recoil principle, there are two main types: solid fuel systems and liquid fuel systems. Depending on the specific application (launch vehicle, orbital engine, etc.) different fuel systems can be used to advantage, but all systems also have their own drawbacks.
固体燃料は、特にエネルギー密度が非常に高いことが特徴であり、航空宇宙工学や軍事工学において、例えば、打ち上げ用ロケットや軍事発射体などに広く使用されている。固体燃料と、酸化剤の混合物（二元推進剤）及び分子内で酸化還元反応を起こす単元推進剤（ＨＭＸ、ＲＤＸ、又はニトログリセリンとニトロセルロースの混合物など）との両方を使用することが可能である。固体燃料を使用するロケットエンジンは、燃料が燃焼室に直接導入されるため、構造が簡単であり、それゆえ別個の燃料タンクや燃料の供給システムが不要である。 Solid fuels are characterized in particular by a very high energy density and are widely used in aerospace and military engineering, for example in launch vehicles and military projectiles. It is possible to use both solid fuels and mixtures of oxidizers (binary propellants) and monopropellants that undergo intramolecular redox reactions (such as HMX, RDX, or mixtures of nitroglycerine and nitrocellulose). It is. Rocket engines using solid fuel are simple in construction because the fuel is introduced directly into the combustion chamber, and therefore no separate fuel tank or fuel delivery system is required.
固体燃料の欠点は、主に、燃焼を制御することによって推力を変化させることが実際には不可能であるため、エンジンのスケーリング及び作動中の両方において、柔軟性に欠けることである。また、既知の固体燃料は、爆発性が高いため、燃焼室への導入前、導入中、導入後の安全な取り扱いが非常に複雑になる、という問題もある。固体燃料を導入する際には、燃焼室の壁と確実に係合させなければならないが、隙間や裂け目があると、燃焼が制御できなくなり、極端な場合には、機体の全損につながる可能性がある。 The disadvantage of solid fuels is their lack of flexibility, both in engine scaling and during operation, primarily because it is practically impossible to vary thrust by controlling combustion. Another problem is that the known solid fuels are highly explosive, making their safe handling before, during, and after introduction into the combustion chamber very complicated. When solid fuel is introduced, it must be securely engaged with the walls of the combustion chamber, but any gaps or crevices can cause uncontrolled combustion and, in extreme cases, lead to total loss of the aircraft. There is sex.
液体燃料の場合、上述の欠点は生じず、特に液体燃料を使用するロケットエンジンは、固体燃料を用いるロケットエンジンよりも実質的に柔軟である。エンジンのスケールアップがより容易になるだけでなく、燃焼室への燃料の供給量を調節することで、推力制御が可能になる。一方、１つ以上の燃料タンク、及びポンプ、バルブ、その他の補助部品を備えた供給システムが必要になるため、構造がより複雑になるという欠点を伴う。 In the case of liquid fuels, the above-mentioned disadvantages do not occur, and in particular rocket engines using liquid fuels are substantially more flexible than rocket engines using solid fuels. Not only will it be easier to scale up the engine, but thrust control will be possible by adjusting the amount of fuel delivered to the combustion chamber. On the other hand, it has the disadvantage of a more complex structure, since it requires one or more fuel tanks and a supply system with pumps, valves and other auxiliary parts.
液体燃料の場合、単元推進剤及び二元推進剤も知られている。二元推進剤には、液体水素、液体メタン又はケロシンを燃料とし、液体酸素を酸化剤とする、極低温又は部分極低温燃料が含まれる。これらの液化ガスの貯蔵と取り扱いは複雑で、漏れがあれば爆発の危険があるため、最も厳しい安全対策が要求される。 In the case of liquid fuels, monopropellants and bipropellants are also known. Bipropellants include cryogenic or partially cryogenic fuels fueled by liquid hydrogen, liquid methane, or kerosene and liquid oxygen as the oxidizer. The storage and handling of these liquefied gases is complex, and any leakage poses an explosion risk, requiring the most stringent safety measures.
極低温システムだけでなく、液体燃料と酸化剤の組み合わせも知られており、これらは特に、人工衛星や宇宙探査機の飛行や位置決めを制御するための軌道エンジンに使用されている。これに関して、使用される燃料は、通常、ヒドラジン及びその誘導体（モノメチルヒドラジン及びジメチルヒドラジン）と、硝酸、四酸化二窒素、又は過酸化水素との組み合わせである。ここで重要な問題は、ヒドラジンは毒性が強く、発がん性があるため、健康上及び生態学上の理由から、可能な限り代替品を使用すべきであるということである。四酸化二窒素も毒性が懸念されるが、過酸化水素に置き換えると、燃料の効果が損なわれる。 Cryogenic systems as well as combinations of liquid fuels and oxidizers are known, and these are used in particular in orbital engines to control the flight and positioning of artificial satellites and spacecraft. In this connection, the fuel used is usually a combination of hydrazine and its derivatives (monomethylhydrazine and dimethylhydrazine) with nitric acid, dinitrogen tetroxide, or hydrogen peroxide. The important issue here is that hydrazine is highly toxic and carcinogenic, so for health and ecological reasons, alternatives should be used wherever possible. Dinitrogen tetroxide is also a concern for toxicity, but replacing it with hydrogen peroxide reduces the effectiveness of the fuel.
ヒドラジンに代わる毒性の低いものとして、アンモニウムジニトラミド（ＡＤＮ）及び硝酸ヒドロキシルアンモニウム（ＨＡＮ）がある。これらの単元推進剤は、爆発性が高いため、水溶液の形態でのみ扱うことができ、任意に、追加燃料としてメタノール及び／又はアンモニアと組み合わせる。この場合も、含水量により着火性が低下するため、ヒドラジンエンジンとは異なり、ＡＤＮやＨＡＮをベースとしたエンジンは、冷間始動することができず、事前に温めておく必要がある。さらに、ＡＤＮ及びＨＡＮは、比較的高価である。 Less toxic alternatives to hydrazine include ammonium dinitramide (ADN) and hydroxylammonium nitrate (HAN). Due to their high explosive nature, these monopropellants can only be handled in the form of aqueous solutions, optionally combined with methanol and/or ammonia as additional fuel. In this case as well, ignitability decreases depending on the water content, so unlike hydrazine engines, engines based on ADN and HAN cannot be started cold and must be warmed up in advance. Furthermore, ADNs and HANs are relatively expensive.
本発明の目的は、特にロケットエンジン用の燃料を提案することであり、これによって従来技術の上述の欠点を、可能な限り回避することができる。 The aim of the invention is to propose a fuel especially for rocket engines, with which the above-mentioned drawbacks of the prior art can be avoided as far as possible.
本発明によれば、この目的は、
－酸化剤としての無機塩であって、無機塩が少なくとも６０重量％の酸素含有量を有する、無機塩と、
－一価又は二価のアルコール、ニトロアルカン及び／又は硝酸塩が陰イオンであるイオン液体を含む、燃料としての溶媒であって、溶媒が３０重量％以上５５重量％以下の酸素含有量を有する、溶媒と、
を含む、液体又はゲル状の燃料によって達成され、
無機塩は、溶媒に溶解している。
According to the invention, this objective:
- an inorganic salt as an oxidizing agent, the inorganic salt having an oxygen content of at least 60% by weight;
- a solvent as a fuel containing an ionic liquid in which monohydric or dihydric alcohols, nitroalkanes and/or nitrates are anions, the solvent having an oxygen content of 30% to 55% by weight; a solvent;
achieved by liquid or gel-like fuels, including
The inorganic salt is dissolved in the solvent.
本発明による燃料は、液体又はゲル状であり、ゲル状の燃料の場合、それはまた、ポンプ輸送可能である（下記参照）。このようにして、固体燃料の典型的な欠点が回避される。本発明による燃料は、極低温でないため、保管、取り扱い、及びエンジンへの燃料の供給が、基本的に簡素化される。最後に、本発明による燃料の成分は、少なくともヒドラジン及びその誘導体と比較すれば、毒物学的及び生態学的観点から比較的懸念が少ない。ＡＤＮ又はＨＡＮと比較して、本発明による燃料は、コスト面で大きな利点を提供する。 The fuel according to the invention can be liquid or gel-like, and in the case of gel-like fuel it can also be pumped (see below). In this way, the typical drawbacks of solid fuels are avoided. Since the fuel according to the invention is not cryogenic, the storage, handling and supply of fuel to the engine is fundamentally simplified. Finally, the components of the fuel according to the invention are relatively less concerning from a toxicological and ecological point of view, at least compared to hydrazine and its derivatives. Compared to ADN or HAN, the fuel according to the invention offers significant cost advantages.
本発明による燃料は、二元推進剤であるが、酸化剤及び燃料は、別個の化学化合物であるため、エンジンに供給されるのは、有利には均質な混合物である。ここで、本発明は、酸化剤として使用される無機塩が、燃料として適切な様々な溶媒に対して比較的良好な溶解度を有する、という事実を利用し、その結果、酸化剤と燃料の必要な混合比を設定することができる。これに関連して、酸素バランス、エネルギー密度、比推力などの、燃料の固有の特性を、異なる要件や使用分野に適合させることを可能にするために、比較的高エネルギーの燃料（ニトロアルカン／硝酸塩）ではなく、比較的低エネルギーの燃料（一価又は二価アルコール）を溶媒として使用できることが特に有利である。 Although the fuel according to the invention is a dual propellant, the oxidizer and the fuel are separate chemical compounds, so it is advantageously a homogeneous mixture that is fed to the engine. Here, the present invention takes advantage of the fact that the inorganic salts used as oxidizers have relatively good solubility in various solvents suitable as fuels, so that the oxidizer and fuel requirements It is possible to set a suitable mixing ratio. In this context, relatively high-energy fuels (nitroalkanes/ It is particularly advantageous that relatively low energy fuels (monohydric or dihydric alcohols) can be used as solvents rather than nitrates).
本発明による燃料及びその成分は、典型的には爆発性を有しないので、取り扱い及び製造が簡素化され、燃料がより安全になる。一方、本発明による燃料は、良好な点火特性を有し、電気点火、熱点火、触媒－熱点火又は触媒点火が基本的に可能である。 The fuel and its components according to the invention are typically non-explosive, simplifying handling and manufacturing and making the fuel safer. On the other hand, the fuel according to the invention has good ignition properties and is essentially capable of electrical ignition, thermal ignition, catalytic-thermal ignition or catalytic ignition.
酸化剤として使用される無機塩は、好ましくは硝酸リチウム、リチウムジニトラミド、過塩素酸リチウム又はこれらの混合物から選択される。これらの塩は、複数の適切な燃料、特にアルコールに対して比較的良好な溶解度を有する。例えば、硝酸リチウムのメタノールへの溶解度は、約５８ｇ／１００ｇであり、過塩素酸リチウムのメタノールへの溶解度は、約１８２ｇ／１００ｇである。硝酸塩が陰イオンであるニトロアルカン及びイオン液体では、溶解度はあまり良くなく、この場合、アルコール又は更なる溶媒を混ぜることによって、塩の溶解度を高めることが可能である。 The inorganic salt used as oxidizing agent is preferably selected from lithium nitrate, lithium dinitramide, lithium perchlorate or mixtures thereof. These salts have relatively good solubility in several suitable fuels, especially alcohols. For example, the solubility of lithium nitrate in methanol is about 58 g/100 g, and the solubility of lithium perchlorate in methanol is about 182 g/100 g. In nitroalkanes and ionic liquids in which nitrate is an anion, the solubility is not very good; in this case it is possible to increase the solubility of the salt by incorporating alcohol or further solvents.
燃料中の無機塩の割合は、広い範囲で変えることができ、通常、１５重量％以上６５重量％以下の範囲である。一方では、その割合は、上述したように、選択される溶媒及び無機塩の溶解度に依存し、他方では、燃料の燃焼のための所望の酸素バランスに依存して変化させることができる。 The proportion of inorganic salts in the fuel can vary within a wide range and is usually in the range from 15% to 65% by weight. The proportion can be varied, on the one hand, as mentioned above, depending on the chosen solvent and the solubility of the inorganic salt, and on the other hand, on the desired oxygen balance for the combustion of the fuel.
本発明の好ましい実施態様では、溶媒は、特に単一成分として、エタノール、メタノール又はｎ－ブタノールを含む。これら一価アルコールへの溶解性が良好であるため、この場合、燃料中の無機塩の割合は比較的高く、好ましくは５０重量％以上６５重量％以下を選択することができる。 In a preferred embodiment of the invention, the solvent comprises ethanol, methanol or n-butanol, in particular as single component. Since the solubility in these monohydric alcohols is good, in this case, the proportion of the inorganic salt in the fuel can be selected to be relatively high, preferably from 50% by weight to 65% by weight.
本発明の更に有利な実施態様では、溶媒は、特に単一成分として、ニトロメタン又はニトロエタンを含む。溶解度が幾分低いので、この場合、無機塩の割合は、好ましくは１０重量％以上４０重量％以下、より好ましくは２０重量％以上３０重量％以下である。 In a further advantageous embodiment of the invention, the solvent comprises nitromethane or nitroethane, in particular as single component. Since the solubility is somewhat low, in this case the proportion of inorganic salt is preferably from 10% to 40% by weight, more preferably from 20% to 30% by weight.
上述したように、本発明による燃料は、溶媒又は燃料として単一のアルコール又は単一のニトロアルカンを含むことができる。本発明の更なる実施形態によれば、溶媒は、更なるアルコール、特にｎ－ブタノール（これが主溶媒でない場合）及び／又はエチレングリコール、及び／又は炭酸エステル、特にジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート及び／又はプロピレンカーボネートを更に含む。炭酸エステルはまた、低エネルギー燃料である。 As mentioned above, fuels according to the invention can include a single alcohol or a single nitroalkane as a solvent or fuel. According to a further embodiment of the invention, the solvent is a further alcohol, in particular n-butanol (if this is not the main solvent) and/or ethylene glycol, and/or a carbonic acid ester, in particular dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl It further contains carbonate and/or propylene carbonate. Carbonate esters are also low energy fuels.
本発明の更に好ましい実施態様では、溶媒は、イオン液体、特に硝酸エチルアンモニウムを含む。この場合、燃料中の無機塩の割合は、好ましくは１０重量％以上４０重量％以下、より好ましくは１５重量％以上２５重量％以下である。 In a further preferred embodiment of the invention, the solvent comprises an ionic liquid, especially ethylammonium nitrate. In this case, the proportion of the inorganic salt in the fuel is preferably 10% by weight or more and 40% by weight or less, more preferably 15% by weight or more and 25% by weight or less.
イオン液体に加えて、溶媒は、好ましくはアルコール、特にエチレングリコール及び／又はエタノールを含む。このような混合物を用いると、単一溶媒に比べて無機塩（酸化剤）の溶解度を高めることができる。硝酸エチルアンモニウムの場合、硝酸エチルアンモニウムとアルコールの混合比は、好ましくは６：１から１：３の範囲である。 In addition to the ionic liquid, the solvent preferably contains alcohol, especially ethylene glycol and/or ethanol. When such a mixture is used, the solubility of the inorganic salt (oxidizing agent) can be increased compared to a single solvent. In the case of ethylammonium nitrate, the mixing ratio of ethylammonium nitrate and alcohol is preferably in the range of 6:1 to 1:3.
好ましくは、本発明による燃料は、水を含まず、この点で、特にＡＤＮ又はＨＡＮに基づく公知の燃料とは異なる。水を含まない結果、本発明による燃料は、良好な着火性を有する。 Preferably, the fuel according to the invention is water-free and differs in this respect from known fuels, in particular based on ADN or HAN. As a result of the absence of water, the fuel according to the invention has good ignitability.
更に好ましい実施形態によれば、本発明による燃料は、ゲル状の燃料である。ゲルのような粘着性を達成するために、燃料は、好ましくはポリアクリル酸、発熱性二酸化ケイ素、マイクロ～ナノスケールの金属粉末、二酸化チタンナノ粒子及び／又はカーボンナノチューブから選択される増粘剤を含む。金属粉末の場合、これは、好ましくはアルミニウム、マグネシウム、アルミニウム／マグネシウム合金、ホウ素、鉄、及びジルコニウムから選択される。 According to a further preferred embodiment, the fuel according to the invention is a gel-like fuel. To achieve gel-like viscosity, the fuel preferably contains a thickening agent selected from polyacrylic acid, pyrogenic silicon dioxide, micro- to nanoscale metal powders, titanium dioxide nanoparticles and/or carbon nanotubes. include. In the case of metal powders, this is preferably selected from aluminum, magnesium, aluminum/magnesium alloys, boron, iron and zirconium.
ゲル状の燃料は、液体燃料よりも安全性が高いという利点があり、これは第一に、液体成分の蒸気圧が低下するためであり、第二に、粘度が高いことは、漏出時の排出速度が低いことを意味するためである。更なる利点は、ゲル状の燃料の場合、液体燃料では沈殿するような不溶性成分も懸濁状態に保つことができることである。これは特に、燃料が任意に含有する金属粉末に当てはまり、増粘剤としての機能に加えて、追加の燃料も提供し、燃料のエネルギー密度を高めるために使用することができる。 Gel-like fuels have the advantage of being safer than liquid fuels, firstly because of the lower vapor pressure of the liquid component, and secondly because of their higher viscosity, which reduces the risk of leakage in the event of a leak. This is because it means that the discharge rate is low. A further advantage is that with gel-like fuels, insoluble components that would precipitate in liquid fuels can also be kept in suspension. This applies in particular to the metal powders that the fuel optionally contains, which, in addition to their function as thickeners, also provide additional fuel and can be used to increase the energy density of the fuel.
本発明による燃料中の増粘剤の割合は、好ましくは最大１０重量％、より好ましくは１重量％以上５重量％以下である。ここで、増粘剤の種類及び量は、ゲル状の本発明による燃料が、液体燃料の実質的に全ての利点、すなわち、特に良好なポンプ輸送性及び柔軟性（単純な拡張性、推力制御能力、及び再着火性）を有するように有利に選択することができる。その結果、本発明によるゲル状の燃料は、レオロジーがせん断減粘挙動を有し、液体燃料に通常用いられる供給システムを使用してポンプ輸送できないような顕著な降伏点を有する、先行技術の既知のゲル燃料とは実質的に異なる。 The proportion of thickener in the fuel according to the invention is preferably at most 10% by weight, more preferably from 1% to 5% by weight. Here, the type and amount of thickeners are such that the fuel according to the invention in gel form has virtually all the advantages of liquid fuels, namely good pumpability and flexibility (simple scalability, thrust control). and re-ignitability). As a result, the gel-like fuel according to the present invention has a rheological shear-thinning behavior and has a pronounced yield point such that it cannot be pumped using the delivery systems normally used for liquid fuels, as known from the prior art. gel fuel.
さらに、本発明による燃料は、好ましくはＡｌＨ３、ＮａＢＨ４及び／又はＡｌＬｉＨ４から選択される１種以上の軽金属の水素化物を含むことができる。金属水素化物は、燃料のエネルギー含有量及び性能能力を変更することができる追加燃料である。 Furthermore, the fuel according to the invention may contain hydrides of one or more light metals, preferably selected from AlH 3 , NaBH 4 and/or AlLiH 4 . Metal hydrides are additional fuels that can modify the energy content and performance capabilities of the fuel.
本発明の更なる実施形態によれば、燃料は、好ましくはアンモニウム、ナトリウム及びカリウムの硝酸塩及び過塩素酸塩から選択される更なる酸化剤を更に含む。これは、特にゲル状の燃料の場合に当てはまり、これらの酸化剤は、溶解度が低いため、懸濁液の形態である。 According to a further embodiment of the invention, the fuel further comprises a further oxidizing agent, preferably selected from ammonium, sodium and potassium nitrates and perchlorates. This is especially the case for gelled fuels, where these oxidizers are in the form of a suspension due to their low solubility.
本発明による燃料は、典型的には９００ｋｇ／ｍ３以上１７００ｋｇ／ｍ３以下、好ましくは１１００ｋｇ／ｍ３以上１４００ｋｇ／ｍ３以下の範囲の密度を有する。 The fuel according to the invention typically has a density in the range from 900 kg/m 3 to 1700 kg/m 3 , preferably from 1100 kg/m 3 to 1400 kg/m 3 .
燃焼のために、本発明による燃料は、好ましくは０％から－５０％まで、より好ましくは－２０％から－４０％までの酸素バランスを有する。酸素バランスが０の場合、燃焼は完全に化学量論的であり、その結果、燃料のエネルギー含有量は、完全に使い尽くされる。しかしながら、燃料の過度の自然発火傾向（爆発性）を避けるために、殆どの場合、負の酸素バランス、すなわち酸化剤に対する燃料の過剰が好ましい。 For combustion, the fuel according to the invention preferably has an oxygen balance of 0% to -50%, more preferably -20% to -40%. When the oxygen balance is zero, combustion is completely stoichiometric, so that the energy content of the fuel is completely used up. However, in order to avoid excessive spontaneous ignition tendencies (explosiveness) of the fuel, a negative oxygen balance, ie an excess of fuel to oxidizer, is preferred in most cases.
本発明の文脈において、液体又はゲル状の燃料の質的及び量的組成を変化させる上述の可能性のために、燃料の比推力はまた、広い範囲（例えば、７ＭＰａの燃焼圧力及び７０：１の膨張比において、１５０秒以上３００秒以下の範囲内）にあることができる。したって、本発明による燃料は、航空宇宙工学における様々な種類のロケットエンジンに、主駆動及び補助駆動の両方に、特に打ち上げ用ロケット、ブースターロケット、ロケット段又は軌道エンジンに使用することができる。さらに、比推力が上記範囲の下限にある燃料はまた、航空宇宙システムのガス発生器の運転に使用することができる。 In the context of the present invention, due to the above-mentioned possibilities of varying the qualitative and quantitative composition of the liquid or gelled fuel, the specific impulse of the fuel can also be controlled over a wide range (e.g. 7 MPa combustion pressure and 70:1 (at an expansion ratio of 150 seconds to 300 seconds). The fuel according to the invention can thus be used in various types of rocket engines in aerospace engineering, both as main and auxiliary drives, in particular in launch vehicles, booster rockets, rocket stages or orbital engines. Additionally, fuels with specific impulses at the lower end of the above range can also be used to operate gas generators in aerospace systems.
宇宙旅行とは別に、本発明による燃料はまた、航空機の駆動（例えば、打ち上げ時の補助動力装置）又は民間若しくは軍事発射体に使用することができる。 Apart from space travel, the fuel according to the invention can also be used for aircraft propulsion (eg auxiliary power units during launch) or civil or military projectiles.
本発明による燃料の更に有利な応用分野は、鉱業であり、燃料は、例えば切断トーチ又はボーラーに使用することができる。しかしながら、鉱業とは別に、例えば金属を接合したり分離したりするための工作機械を駆動するために、燃料を使用することも考えられる。 A further advantageous field of application of the fuel according to the invention is mining, where the fuel can be used, for example, in cutting torches or borers. However, apart from mining, it is also conceivable to use fuel to drive machine tools, for example for joining or separating metals.
本発明のこれら及び更なる利点は、以下の実施例を参照してより詳細に説明する。 These and further advantages of the invention are explained in more detail with reference to the following examples.
液体燃料の実施例
以下の表１において、それぞれの場合において、本発明による液体燃料の４つの実施例（実施例１～４）について、百分率組成、比推力、密度、断熱燃焼温度及び酸素バランスが規定されている。ここでは比較例として、それぞれヒドラジン（Ｖ１）及びアンモニウムジニトラミド（Ｖ２及びＶ３）をベースとする従来の燃料がある。
比推力（燃焼圧力５ＭＰａ、膨張比５０：１）の値は、従来の燃料に匹敵するか、場合によっては、それ以上である。本発明による燃料の密度も、同様の範囲である。
The values of specific impulse (
比推力と同様に、ＮＡＳＡ－ＣＥＡコード（ＭｃＢｒｉｄｅ＆Ｇｏｒｄｏｎ，１９９６）を使用して、断熱燃焼温度を計算した。実施例２～４では、この値も比較例と同様の範囲にある。これは、エンジンの構造に使用される材料が、これまでと非常に類似している可能性があることを意味し、新しい燃料の技術的な実装を単純化する。実施例１は、例外である。この場合、燃焼温度及び性能（比推力）の両方が著しく高くなり、その結果、エンジンの既存のエンジニアリングへの適合（特に触媒装置の高温に耐えることができる建設材料）が必要になる可能性があるが、それでも実現される性能の可能性を考慮すると、価値があると思われる。 Similar to specific impulse, adiabatic combustion temperature was calculated using the NASA-CEA code (McBride & Gordon, 1996). In Examples 2 to 4, this value is also in the same range as the comparative example. This means that the materials used in the construction of the engine can be very similar to before, simplifying the technical implementation of the new fuel. Example 1 is an exception. In this case, both the combustion temperature and the performance (specific impulse) will be significantly higher, which may result in the need for adaptations to the existing engineering of the engine (especially construction materials that can withstand the high temperatures of the catalytic converter). However, it still seems worthwhile considering the performance potential achieved.
本発明による燃料の酸素バランスは、ＡＤＮに基づく従来の「グリーン推進剤」の場合よりも低い。このことは、一方では、燃焼が化学量論的でなくなり、化学エネルギーの推進エネルギーへの変換が不完全になることを意味し、他方では、新しく開発された燃料が、機械的及び熱的負荷の結果として起爆しにくくなることを示していると考えられる。 The oxygen balance of the fuel according to the invention is lower than that of conventional "green propellants" based on ADN. This means, on the one hand, that the combustion is no longer stoichiometric and the conversion of chemical energy into propulsion energy is incomplete, and on the other hand that the newly developed fuels are less susceptible to mechanical and thermal loads. This is thought to indicate that it becomes difficult to detonate as a result of this.
図１は、表１に示した燃料の潜在的性能（Δｖ）を、異なる宇宙船構成における基準燃料であるヒドラジン（Ｖ１）に対する、偏差百分率で表したグラフである。これらは、ｘ軸に示すバーンアウト質量比（ζ）に対してプロットされている。例として、バーンアウト質量比０．５５は、ヒドラジンを燃料とする典型的な宇宙探査機（すなわち、燃料が宇宙船全質量の４５％を占める）に対応し、バーンアウト質量比０．９２は、ヒドラジンを燃料とする地球観測衛星に対応する。 FIG. 1 is a graph illustrating the potential performance (Δv) of the fuels shown in Table 1 in percentage deviation relative to the reference fuel hydrazine (V1) in different spacecraft configurations. These are plotted against the burnout mass ratio (ζ) shown on the x-axis. As an example, a burnout mass ratio of 0.55 corresponds to a typical hydrazine-fueled space probe (i.e., the fuel accounts for 45% of the total spacecraft mass), and a burnout mass ratio of 0.92 , corresponding to Earth observation satellites that use hydrazine as fuel.
より密度の高い燃料を使用すれば、同じタンク容積でより多くの燃料を搭載することができ、すなわちバーンアウト質量比が下がり、宇宙船のΔｖ、すなわち軌道操作に必要な軌道速度の調整量が上がる。グラフの線は、ヒドラジン以外の燃料を同じ宇宙船に使用した場合に、どれだけ多くのΔｖを適用できるかを示している。ＡＤＮに基づく従来の燃料（Ｖ２及びＶ３）を使用した場合、Δｖを３０％以上５０％以下増加させることができ、したがって探査機や衛星の運用期間を最大１．５倍長くすることができる。本発明による液体燃料は、同様の範囲かそれ以上（実施例１）であるため、従来のヒドラジン代替品と競合する。 Using denser fuel allows more fuel to be carried with the same tank volume, which lowers the burnout mass ratio and reduces the spacecraft's Δv, or orbital velocity adjustment required for orbital maneuvers. Go up. The lines on the graph show how much more Δv could be applied if a fuel other than hydrazine were used in the same spacecraft. When using conventional fuels based on ADN (V2 and V3), Δv can be increased by more than 30% and less than 50%, thus increasing the operational life of the spacecraft or satellite by up to 1.5 times. The liquid fuel according to the present invention competes with conventional hydrazine replacements as it has a similar range or better (Example 1).
ゲル状燃料の実施例
以下の表２において、それぞれの場合において、本発明によるゲル状燃料の３つの実施例（実施例５～７）について、百分率組成、比推力、密度及びＣ＊燃焼効率が規定されている。比較例として、様々な従来の燃料（Ｖ４～Ｖ７）がある。
比推力の値は、極低温又は部分的に極低温の二元推進剤の場合よりも低く、固体燃料のエネルギー特性により匹敵する。しかしながら、本発明による燃料の密度は、固体燃料の密度ほどではないが、高い。 The specific impulse values are lower than for cryogenic or partially cryogenic binary propellants and more comparable to the energetic properties of solid fuels. However, the density of the fuel according to the invention is high, although not as high as the density of solid fuels.
図２は、表２に示した燃料の潜在的性能（Δｖ）を、異なる宇宙船構成において、比較例Ｖ４からの偏差百分率で表したグラフである。示されているバーンアウト量比の値は、発射体及び高度研究ロケット（０．１５以上０．３５以下）、ブースター段（０．３以上０．４５以下）又は上段（０．４以上０．６５以下）に典型的なものである。 FIG. 2 is a graph illustrating the potential performance (Δv) of the fuels shown in Table 2 as a percentage deviation from Comparative Example V4 for different spacecraft configurations. The burnout amount ratio values shown are for projectiles and advanced research rockets (0.15 to 0.35), booster stages (0.3 to 0.45), or upper stages (0.4 to 0. 65 or less).
同じ大きさの段であれば、グラフに示した全ての燃料は、例えばＶｅｇａ発射システムのＰ８０ブースター段に使用されている参照固体燃料（Ｖ４）よりもΔｖが小さくなる。極低温又は部分極低温燃料の場合、Δｖは、１％以上２０％以下少ない。本発明による燃料の場合、Δｖは、１２％以上２５％以下少ない。実施例７は例外であり、この燃料のΔｖ性能は、従来の極低温及び部分極低温二元推進剤の範囲にある。 For stages of the same size, all fuels shown in the graph have a smaller Δv than the reference solid fuel (V4) used, for example, in the P80 booster stage of the Vega launch system. For cryogenic or partially cryogenic fuels, Δv is less than 1% and less than 20%. In the case of the fuel according to the invention, Δv is less than 12% and less than 25%. Example 7 is an exception; the Δv performance of this fuel is in the range of conventional cryogenic and partially cryogenic binary propellants.
しかしながら、試験した全ての燃料が参照燃料よりも低いΔｖを与えるという事実は、それらの使用が不利であることを意味しない。この比較では、個々の駆動システム間の違いは、考慮されていない。例えば、固体燃料エンジンの「タンク」は、同時に燃焼室であり、このために高圧と同時に高い熱負荷に耐えなければならないことを考慮しなければならず、特に、バーンアウト質量比が小さい非常に大きな段の場合、構造質量が比較的大きくなり、したがって、液体又はゲル燃料の場合よりも最小バーンアウト質量比がより高くなる。さらに、燃料ブロックの中心に縦軸に沿った空洞があるため、固体燃料エンジンの最大燃料充填レベルは、液体燃料段のレベルよりも小さい。 However, the fact that all tested fuels give a lower Δv than the reference fuel does not mean that their use is disadvantageous. This comparison does not take into account differences between individual drive systems. For example, it must be taken into account that the "tank" of a solid fuel engine is at the same time a combustion chamber and for this has to withstand high pressures and at the same time high heat loads, and especially for very low burnout mass ratios. For large stages, the structural mass is relatively large and therefore the minimum burnout mass ratio is higher than for liquid or gel fuels. Furthermore, due to the presence of a cavity along the longitudinal axis in the center of the fuel block, the maximum fuel fill level of a solid fuel engine is smaller than that of a liquid fuel stage.
本システムの更に重要な態様は、液体とゲル状の単元推進剤と二元推進剤との間の比較で見ることができることであって、前者の場合、１種類のみの物質がロケット段内に貯蔵され、供給されるが、後者の場合は２種類である。このため、単元推進剤システムは、二元推進剤システムよりも複雑さが著しく低い。さらに、本発明による単元推進剤は、いずれも極低温でない。これも同様に取り扱いをかなり単純化する。ＭＯＮやヒドラジンなどの他の貯蔵可能な燃料とは異なり、本発明による高エネルギー単元推進剤は、毒性、発がん性、又は環境に対する危険性がない。 A further important aspect of the system can be seen in the comparison between liquid and gel monopropellants and bipropellants, where in the former case only one type of material is present in the rocket stage. It is stored and supplied, but in the latter case there are two types. Because of this, monopropellant systems are significantly less complex than bipropellant systems. Furthermore, none of the monopropellants according to the invention are cryogenic. This also greatly simplifies handling. Unlike other storable fuels such as MON and hydrazine, the high-energy monopropellant according to the present invention is not toxic, carcinogenic, or hazardous to the environment.
システムのこれらの態様を考慮に入れれば、本発明による燃料を使用して運転される駆動システムは、多くの従来の駆動システムよりも優れている可能性がある。これに関連して、システムの利点である推力制御及びエンジン再着火を容易に実現することができると同時に、二重推進剤の性能を有する、実施例７による燃料に特に注目すべきである。上述したように、これは、固体燃料エンジンでは、はるかに複雑である。 Taking these aspects of the system into account, a drive system operated using fuel according to the present invention may be superior to many conventional drive systems. In this context, particular attention should be paid to the fuel according to Example 7, which can easily realize the system advantages of thrust control and engine reignition, while at the same time having dual propellant performance. As mentioned above, this is much more complex in solid fuel engines.
Claims (15)
－酸化剤としての無機塩であって、前記無機塩が少なくとも６０重量％の酸素含有量を有する、無機塩と、
－一価又は二価のアルコール、ニトロアルカン及び／又は硝酸塩が陰イオンであるイオン液体を含む、燃料としての溶媒であって、前記溶媒が３０重量％以上５５重量％以下の酸素含有量を有する、溶媒と、
を含み、
前記無機塩が、前記溶媒に溶解している、
燃料。 Liquid or gel fuel, especially for rocket engines,
- an inorganic salt as an oxidizing agent, said inorganic salt having an oxygen content of at least 60% by weight;
- A solvent as a fuel containing an ionic liquid in which a monohydric or dihydric alcohol, nitroalkane and/or nitrate is an anion, the solvent having an oxygen content of 30% by weight or more and 55% by weight or less. , a solvent,
including;
the inorganic salt is dissolved in the solvent,
fuel.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102021103380.2A DE102021103380B3 (en) | 2021-02-12 | 2021-02-12 | Fuel for rocket engines |
| DE102021103380.2 | 2021-02-12 | ||
| PCT/EP2021/082929 WO2022171324A1 (en) | 2021-02-12 | 2021-11-25 | Fuel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024509729A true JP2024509729A (en) | 2024-03-05 |
Family
ID=78718998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2023548626A Pending JP2024509729A (en) | 2021-02-12 | 2021-11-25 | fuel |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240124372A1 (en) |
| EP (1) | EP4291545A1 (en) |
| JP (1) | JP2024509729A (en) |
| KR (1) | KR20240007899A (en) |
| AU (1) | AU2021427742A1 (en) |
| DE (1) | DE102021103380B3 (en) |
| WO (1) | WO2022171324A1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115650808A (en) * | 2022-09-21 | 2023-01-31 | 南京理工大学 | Hydroxylamine nitrate based green pollution-free gel propellant and preparation method thereof |
| CN116854551B (en) * | 2023-06-29 | 2024-03-29 | 武汉大学 | Solid working medium for improving laser micro-propulsion performance and preparation method and application thereof |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ZA771069B (en) * | 1977-02-23 | 1978-10-25 | Aeci Ltd | Explosive composition |
| US3036940A (en) | 1958-01-21 | 1962-05-29 | Lockheed Propulsion Company | Explosive composition |
| US6984273B1 (en) * | 1999-07-29 | 2006-01-10 | Aerojet-General Corporation | Premixed liquid monopropellant solutions and mixtures |
| US6652682B1 (en) * | 2001-10-17 | 2003-11-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Propellant composition comprising nano-sized boron particles |
| GB201908786D0 (en) * | 2019-06-19 | 2019-07-31 | Spex Oil & Gas Ltd | Downhole tool with fuel system |
-
2021
- 2021-02-12 DE DE102021103380.2A patent/DE102021103380B3/en active Active
- 2021-11-25 JP JP2023548626A patent/JP2024509729A/en active Pending
- 2021-11-25 KR KR1020237027533A patent/KR20240007899A/en unknown
- 2021-11-25 EP EP21819823.2A patent/EP4291545A1/en active Pending
- 2021-11-25 WO PCT/EP2021/082929 patent/WO2022171324A1/en active Application Filing
- 2021-11-25 AU AU2021427742A patent/AU2021427742A1/en active Pending
-
2023
- 2023-07-12 US US18/351,005 patent/US20240124372A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2022171324A1 (en) | 2022-08-18 |
| US20240124372A1 (en) | 2024-04-18 |
| AU2021427742A1 (en) | 2023-08-17 |
| KR20240007899A (en) | 2024-01-17 |
| DE102021103380B3 (en) | 2021-12-16 |
| EP4291545A1 (en) | 2023-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20240124372A1 (en) | Propellant | |
| US11787752B2 (en) | High density hybrid rocket motor | |
| US6367244B1 (en) | Propulsion system containing a mixed-phase propellant and a method for propelling an object with the same | |
| JP4113333B2 (en) | Rocket motor assembly | |
| JP5642538B2 (en) | Hybrid rocket motor | |
| WO2001009063A2 (en) | Premixed liquid monopropellant solutions and mixtures | |
| Silva et al. | Green propellants: oxidizers | |
| US7921638B2 (en) | Bi-propellant rocket motor having controlled thermal management | |
| Pradhan et al. | Review on different materials and their characterization as rocket propellant | |
| JP2805500B2 (en) | High performance combination propellants for rocket engines | |
| US9970740B2 (en) | Viscous liquid monopropellant | |
| Remissa et al. | Propulsion Systems, Propellants, Green Propulsion Subsystems and their Applications: A Review | |
| US3197348A (en) | Thixotropic propellant | |
| US3158993A (en) | Solid fuels and formulations | |
| US5574240A (en) | Propellants useful in electrothermal-chemical guns | |
| US3088272A (en) | Stable propellants | |
| US3921394A (en) | Heterogeneous monopropellant compositions and thrust producing method | |
| US3944448A (en) | Thixotropic monopropellant containing inorganic phosphides or phosphide alloys | |
| US3196059A (en) | Thixotropic propellant compositions | |
| Gajjar et al. | Advanced upper stage energetic propellants | |
| US3925124A (en) | Heterogeneous monopropellant compositions | |
| US3107187A (en) | Propellant compositions | |
| US3613371A (en) | Hypergolic bipropellant propulsion process using boron components | |
| Türker | Hypergolic Systems based on Hydrogen Peroxide Oxidizer | |
| MERT | ROCKET PROPELLANTS |