JPH02124791A - ロケットエンジンのための高性能組合せ推進剤 - Google Patents
ロケットエンジンのための高性能組合せ推進剤Info
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- JPH02124791A JPH02124791A JP1177861A JP17786189A JPH02124791A JP H02124791 A JPH02124791 A JP H02124791A JP 1177861 A JP1177861 A JP 1177861A JP 17786189 A JP17786189 A JP 17786189A JP H02124791 A JPH02124791 A JP H02124791A
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Classifications
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- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
- C06B43/00—Compositions characterised by explosive or thermic constituents not provided for in groups C06B25/00 - C06B41/00
-
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- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
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- C06B45/04—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising solid particles dispersed in solid solution or matrix not used for explosives where the matrix consists essentially of nitrated carbohydrates or a low molecular organic explosive
- C06B45/06—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising solid particles dispersed in solid solution or matrix not used for explosives where the matrix consists essentially of nitrated carbohydrates or a low molecular organic explosive the solid solution or matrix containing an organic component
- C06B45/10—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising solid particles dispersed in solid solution or matrix not used for explosives where the matrix consists essentially of nitrated carbohydrates or a low molecular organic explosive the solid solution or matrix containing an organic component the organic component containing a resin
- C06B45/105—The resin being a polymer bearing energetic groups or containing a soluble organic explosive
-
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- C06—EXPLOSIVES; MATCHES
- C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
- C06B47/00—Compositions in which the components are separately stored until the moment of burning or explosion, e.g. "Sprengel"-type explosives; Suspensions of solid component in a normally non-explosive liquid phase, including a thickened aqueous phase
- C06B47/02—Compositions in which the components are separately stored until the moment of burning or explosion, e.g. "Sprengel"-type explosives; Suspensions of solid component in a normally non-explosive liquid phase, including a thickened aqueous phase the components comprising a binary propellant
- C06B47/10—Compositions in which the components are separately stored until the moment of burning or explosion, e.g. "Sprengel"-type explosives; Suspensions of solid component in a normally non-explosive liquid phase, including a thickened aqueous phase the components comprising a binary propellant a component containing free boron, an organic borane or a binary compound of boron, except with oxygen
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明はr」ケラトエンジンのための組合ぜ推進剤に関
する。ざらに詳しくは、高性能を有し、かつ使用に先立
って長時間貯蔵することのできる組合t!lit通則に
関する。
する。ざらに詳しくは、高性能を有し、かつ使用に先立
って長時間貯蔵することのできる組合t!lit通則に
関する。
(従来の技術およびその課題)
例えば宇宙船において長時間貯蔵することのできる、そ
して宇宙において宇宙船の位置を変えるだけでなく、宇
宙船を宇宙に向(プて発Q=1するために使用すること
ができる、組合せまたは単品の高性能推進剤が大いに必
要とされている。
して宇宙において宇宙船の位置を変えるだけでなく、宇
宙船を宇宙に向(プて発Q=1するために使用すること
ができる、組合せまたは単品の高性能推進剤が大いに必
要とされている。
従来の推進剤の貯蔵可能な組合せは、通常酸化剤成分と
燃料成分とからなり、広く使用されている極低温貯蔵を
要する組合せより劣った性能を有している。
燃料成分とからなり、広く使用されている極低温貯蔵を
要する組合せより劣った性能を有している。
すなわら、四酸化二窒素(N2 o4)およびモノメチ
ルヒドラジド(N2F+3C)−13>の組合せで与え
られるロケットエンジンの比tit進力堆力sp)はお
よそ3000m/SeCであり、一方、液体酸素および
水素の極低温貯蔵を要する混合物は4000m/sec
より大きい比相堆力を与える。
ルヒドラジド(N2F+3C)−13>の組合せで与え
られるロケットエンジンの比tit進力堆力sp)はお
よそ3000m/SeCであり、一方、液体酸素および
水素の極低温貯蔵を要する混合物は4000m/sec
より大きい比相堆力を与える。
宇宙船の有効搭載量能力でのt旧1[堆力の効宋は劇的
である。もし、例えば2000m/secの速度が、宇
宙船を軌道にのけるために、または所定の軌道に変更す
るために必要とされ、その時、2943m/secの比
相堆力を有するならば、宇宙船の発射量の半分が推進剤
からなるであろう。比推進ツノを4415m/SeCに
増加させると、推進剤の量は37.5%に減少する。n
t進系白体の量を実質的に変化させる必要がないなら、
この12.5%の自由に使える質量を遠距離通信等の!
l’/L道に乗る手段のために完全に使用することがで
きる。2000K(]の宇宙船にとっては、これは25
0K(]の有効搭載量の増1j(1を意味する。
である。もし、例えば2000m/secの速度が、宇
宙船を軌道にのけるために、または所定の軌道に変更す
るために必要とされ、その時、2943m/secの比
相堆力を有するならば、宇宙船の発射量の半分が推進剤
からなるであろう。比推進ツノを4415m/SeCに
増加させると、推進剤の量は37.5%に減少する。n
t進系白体の量を実質的に変化させる必要がないなら、
この12.5%の自由に使える質量を遠距離通信等の!
l’/L道に乗る手段のために完全に使用することがで
きる。2000K(]の宇宙船にとっては、これは25
0K(]の有効搭載量の増1j(1を意味する。
本発明は、使用に先立って艮時間貯Rすることができ、
公知の組合せによって得られる比相堆力に少なくとも等
しいか、それを超えた比Jff進力進力えることのでき
る組合せ推進剤を開発することを提供することに基づく
。この探求は、特に混成(hybrid)組合せ推進剤
に向けられた。
公知の組合せによって得られる比相堆力に少なくとも等
しいか、それを超えた比Jff進力進力えることのでき
る組合せ推進剤を開発することを提供することに基づく
。この探求は、特に混成(hybrid)組合せ推進剤
に向けられた。
現在の(圧送)ロケットエンジンのためのノズルの燃焼
圧力およびスロート(throat)と口(mouth
)の間の膨張化(△e/At)は(おJ、そ)以下のよ
うで必る: 推進剤 燃焼圧力 膨張化 )fPa 液体 1125 固体 10 100)昆成 (hy
brid) 1 125間発
されるへき新しいロケットエンジンについて、15)I
Paの(ポンプ送り)燃焼ヂャンバ〜圧力および750
の膨張化が予測される。
圧力およびスロート(throat)と口(mouth
)の間の膨張化(△e/At)は(おJ、そ)以下のよ
うで必る: 推進剤 燃焼圧力 膨張化 )fPa 液体 1125 固体 10 100)昆成 (hy
brid) 1 125間発
されるへき新しいロケットエンジンについて、15)I
Paの(ポンプ送り)燃焼ヂャンバ〜圧力および750
の膨張化が予測される。
1hに上記の運転条イ1に関して、新しい組合Uの探求
がなされた。
がなされた。
良く知られているように、Jtf Ic剤、もしくは組
合せjlを止剤の理論上の性能は、通常以下の式:(こ
こで、rは比熱比、Cp/Cv、 Roは気体定数、T
cは火炎温度、Hは燃焼生成物の平均分子量、Pcは燃
焼チャンバー圧力、およびPeはノズル出口圧力である
) で表1ことができる。
合せjlを止剤の理論上の性能は、通常以下の式:(こ
こで、rは比熱比、Cp/Cv、 Roは気体定数、T
cは火炎温度、Hは燃焼生成物の平均分子量、Pcは燃
焼チャンバー圧力、およびPeはノズル出口圧力である
) で表1ことができる。
この式は、比Jlt進力堆力ャンバー温度の平方根に正
比例し、燃焼生成物の平均分子量の平方根に反比例し、
Cp/ Cv比はまた比相堆力に影響を及ぼすことを示
している。
比例し、燃焼生成物の平均分子量の平方根に反比例し、
Cp/ Cv比はまた比相堆力に影響を及ぼすことを示
している。
燃焼ブ(・ンバー温度は第1に、11[通則成分の燃焼
中に放出されるエネルギーおよび燃焼生成物の比熱によ
って決定される:TC−△II/CI)。
中に放出されるエネルギーおよび燃焼生成物の比熱によ
って決定される:TC−△II/CI)。
Cp Cv −Ro/HC。
Cv Cv Cp −Ro/Hで
あるので、推進剤の性能に影響を及ぼす最ら重要なパラ
メータはM 、Cpおよび△11である。
あるので、推進剤の性能に影響を及ぼす最ら重要なパラ
メータはM 、Cpおよび△11である。
本発明の特定の目的の1つは、混成組合V推通則を提供
することでおり、これを用いると、出発物質ら反応生成
物ち人や環境に対して許容できないほどの危険を包含し
ていないと同時に、最適値を有するこれらのパラメータ
の組合せに至る。
することでおり、これを用いると、出発物質ら反応生成
物ち人や環境に対して許容できないほどの危険を包含し
ていないと同時に、最適値を有するこれらのパラメータ
の組合せに至る。
(課題を解決するための手段)
本発明による混成組合せ推進剤は、
ポリグリシジルアジド[C5H5N30]n、ポリ −
3,3−ビス(アジドメチル)オキセタン[C4ト16
N60]、またはヒドロキシ末端ポリブタジェン;固形
酸化剤としてヒドラジニウムニトロポルメートN2t−
t5C(NO2)3 :および燃料としてペンタボラン
B5[〜19もしくはジボラン82H5を組合せて構成
される。
3,3−ビス(アジドメチル)オキセタン[C4ト16
N60]、またはヒドロキシ末端ポリブタジェン;固形
酸化剤としてヒドラジニウムニトロポルメートN2t−
t5C(NO2)3 :および燃料としてペンタボラン
B5[〜19もしくはジボラン82H5を組合せて構成
される。
言及される化合物はまた、次に以下のi8号で表V:
四酸化二窒素:NTO
テトラニトロメタン:TNM
ポリグリシジルアジド:GAP
ポリ3,3−ビス(アジドメチル)オキレタン:AMO
ヒドラジニウムニトロホルメート:HNF二1〜口ニウ
ムハーク口レート:NP アンモニウムバークロレート:AP ヒドロキシ末端 ポリブタジェン:)−ITPBモノメ
ヂルヒドラジン:MMH 本発明による組合せ推進剤において、成分例えば酸化剤
と燃料成分の割合は重要ではない。概して、成分は、混
合比が化学量論比の前後となるような割合で、反応に先
立って互いに混合される。
ムハーク口レート:NP アンモニウムバークロレート:AP ヒドロキシ末端 ポリブタジェン:)−ITPBモノメ
ヂルヒドラジン:MMH 本発明による組合せ推進剤において、成分例えば酸化剤
と燃料成分の割合は重要ではない。概して、成分は、混
合比が化学量論比の前後となるような割合で、反応に先
立って互いに混合される。
本発明による混成組合U推通則においては、混合物総帛
に対して10%を超えない催の(強力な)結合剤(cn
ergetic binder) (HTPB、 G
APまたはBA)10 )を用いるとよい結果がjqら
れる。結合剤のヒ記呈は、十分な機械的強度を与えるこ
とができる。
に対して10%を超えない催の(強力な)結合剤(cn
ergetic binder) (HTPB、 G
APまたはBA)10 )を用いるとよい結果がjqら
れる。結合剤のヒ記呈は、十分な機械的強度を与えるこ
とができる。
本発明による組合t!J[通則の好ましいものは、以下
のようである: N2 +−15C(NO2’) 3約61重量%+85
1−19約29重量%+ヒドロキシ末端ポリブタジェン
約10千帛%、または N21−150 (NO2> 3約55重量%十[35
+−19約35重間%+[C3[−1,N30]。また
は[C4ト16N60]。約10車吊%概して、少量の
、特には重量%で数%を超えない吊までの物質、例えば
−酸化窒素、フタレート、ステアレート、銅または鉛の
塩、カーボンブラック等を本発明の組合せ推進剤に添加
する。これらの添加物は、当業者に公知であり、耐腐食
性を促進すると共に、推進剤の安定性、保持特性d3よ
び燃焼特性を高めるために働く。
のようである: N2 +−15C(NO2’) 3約61重量%+85
1−19約29重量%+ヒドロキシ末端ポリブタジェン
約10千帛%、または N21−150 (NO2> 3約55重量%十[35
+−19約35重間%+[C3[−1,N30]。また
は[C4ト16N60]。約10車吊%概して、少量の
、特には重量%で数%を超えない吊までの物質、例えば
−酸化窒素、フタレート、ステアレート、銅または鉛の
塩、カーボンブラック等を本発明の組合せ推進剤に添加
する。これらの添加物は、当業者に公知であり、耐腐食
性を促進すると共に、推進剤の安定性、保持特性d3よ
び燃焼特性を高めるために働く。
本発明による組合t! fir進剤通則それ自体公知の
技術を用いて、各成分、酸化剤および燃料成分は一般に
、別々のタンクまたは燃焼ヂャンバーに入れて、使用に
先立つて貯藏される。
技術を用いて、各成分、酸化剤および燃料成分は一般に
、別々のタンクまたは燃焼ヂャンバーに入れて、使用に
先立つて貯藏される。
本発明ににる絹合せ推進剤は、以下の表により証明され
るよう【こ、高性能であることで、公λ11の配合物と
区別される。
るよう【こ、高性能であることで、公λ11の配合物と
区別される。
コンピュータの計算[参考文献:S、ゴートン(Gor
don)およσB、J、?ツクブライド(HcBrid
e)著、♀t1体化学平衡組成物、ログ゛ツ1へ↑1能
、入射および反射衝撃ならびにチVツブマン−ジョーゲ
ット(Ct+apman−Jouguet)爆発の1算
のためのコンビ1−タブログラム、ナ1す 5P−27
3、中間改訂版、1976年3月]りよび反応物と反応
生成物の熱ツノ学的データ[参考文献:D、R,スタル
(Stuff)および+1.プロフエット(Proph
et)著、JANAF熱化学表、第2版、N5RDS−
NBS 37.1971およびJANAF補遺;1、バ
リン(Barin) 、0.ナツプ(Knacke)お
よび0.クバシエウスキー(Kubaschewsk
i )著、無機物質の熱化学特性、スブリンガーーフエ
ルラグ(Spr l n(ler−Verlag) 1
9771を用いることにより、組合せ推進剤の性能が立
証された。化学平衡(C[)および燃焼チ(・ンバーの
後の、宇宙における「独活流動」([[)条イ′1の両
方についてh4算を行った。得られた(的を以下の表1
に表10 本発明による組合ぜ推進剤の成分を構成する物質は、そ
のうらのいくつかは推進剤成分としてそれ自体公知であ
るか、それらの製造法ならびに化学的および物理的性質
に関しては文献に記載されている。
don)およσB、J、?ツクブライド(HcBrid
e)著、♀t1体化学平衡組成物、ログ゛ツ1へ↑1能
、入射および反射衝撃ならびにチVツブマン−ジョーゲ
ット(Ct+apman−Jouguet)爆発の1算
のためのコンビ1−タブログラム、ナ1す 5P−27
3、中間改訂版、1976年3月]りよび反応物と反応
生成物の熱ツノ学的データ[参考文献:D、R,スタル
(Stuff)および+1.プロフエット(Proph
et)著、JANAF熱化学表、第2版、N5RDS−
NBS 37.1971およびJANAF補遺;1、バ
リン(Barin) 、0.ナツプ(Knacke)お
よび0.クバシエウスキー(Kubaschewsk
i )著、無機物質の熱化学特性、スブリンガーーフエ
ルラグ(Spr l n(ler−Verlag) 1
9771を用いることにより、組合せ推進剤の性能が立
証された。化学平衡(C[)および燃焼チ(・ンバーの
後の、宇宙における「独活流動」([[)条イ′1の両
方についてh4算を行った。得られた(的を以下の表1
に表10 本発明による組合ぜ推進剤の成分を構成する物質は、そ
のうらのいくつかは推進剤成分としてそれ自体公知であ
るか、それらの製造法ならびに化学的および物理的性質
に関しては文献に記載されている。
この点については、特に以下の刊行物が参考にぎれる:
8、シーグル(Siegcl)J>よび L、シーラー
(Schieler)、推進剤化学のエネルギー論、J
。
(Schieler)、推進剤化学のエネルギー論、J
。
Wiley FA 5ons Inc、、1964、S
、[、サーナー(Sarner) 、推進剤化学、Rc
inhold Publishing Corpora
t+on、1966、R,C,ライ−スト(Weast
) 、化学および物理学のハンドブック、第59版、C
RCpress、1979、A、ダデュ−(Dadie
u)、 R,ダン(Damm)およびE、Wシュミット
(SCtlmidt) 、ロケット推進剤、Sprin
ger−Verlag 、1968 、G、 )f
、フェス(Faeth) 、ホウ素燃焼研究の現状、米
国空車科学研究所、ワシントンD、 C,(1984)
、R,W、ジェームス(James) 、推進剤および
爆発物、Noyes DATA Corp、、1974
、G、 )1. ロー (LOW)およびV、E、ハ
ウソー(tlaury)、飽和重合炭化水素結合剤を有
するヒドラジニウムニトロホルメート推進剤、米国1’
h a’F明細fl第3、708.359号、1973
、 K6クレーガー(Klager)、固形11を通則のた
めの酸化剤としてのヒドラジンバークロレート、Jah
rcstagung 1978,359−380 。
、[、サーナー(Sarner) 、推進剤化学、Rc
inhold Publishing Corpora
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) 、化学および物理学のハンドブック、第59版、C
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(SCtlmidt) 、ロケット推進剤、Sprin
ger−Verlag 、1968 、G、 )f
、フェス(Faeth) 、ホウ素燃焼研究の現状、米
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、R,W、ジェームス(James) 、推進剤および
爆発物、Noyes DATA Corp、、1974
、G、 )1. ロー (LOW)およびV、E、ハ
ウソー(tlaury)、飽和重合炭化水素結合剤を有
するヒドラジニウムニトロホルメート推進剤、米国1’
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し、R,ロスシュタイン、プラスチック結合爆発物の過
去、現在および未来、JallreSLil(]1Jn
(J 1982゜245− 256、 )1. B、フランケル(Frankel)およびJ、
E、フラブガン(Flanaga口)、強力なヒドロキ
シ末端アジド小合体、米国特許明細調第4.268.4
50.号、1981、G、E、?ンサー(Hanscr
)、強ツノな共重合体およびその製法、米国特訂明細占
第4,483,978号、1984、 )i、B、フランケル(Frankel)おJ、びE、
R,ウィルソン(Wilson)、トリス(2−Δキ
シドエヂル)アミンおよびその製造法、米国特許明細書
簡4.449.723巧X 1985゜
去、現在および未来、JallreSLil(]1Jn
(J 1982゜245− 256、 )1. B、フランケル(Frankel)およびJ、
E、フラブガン(Flanaga口)、強力なヒドロキ
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第4,483,978号、1984、 )i、B、フランケル(Frankel)おJ、びE、
R,ウィルソン(Wilson)、トリス(2−Δキ
シドエヂル)アミンおよびその製造法、米国特許明細書
簡4.449.723巧X 1985゜
Claims (4)
- (1)ポリグリシジルアジド[C_3H_5N_3O]
_n、ポリ−3,3−ビス(アジドメチル)オキセタン
[C_4H_6N_6O]_nまたはヒドロキシ末端ポ
リブタジエン;固形酸化剤としてヒドラジニウムニトロ
ホルメートN_2H_5C(NO_2)_3;および燃
料としてペンタボランB_5H_9もしくはジボランB
_2H_6、ならびにその他の慣用の添加物を組み合わ
せて構成されることを特徴とするロケットエンジンのた
めの混成組合せ推進剤。 - (2)次の成分: N_2H_5C(NO_2)_3約61重量%+B_5
H_9約29重量%+ヒドロキシ末端ポリブタジエン約
10重量%、または N_2H_5C(NO_2)_3約55重量%+B_5
H_9約35重量%+[C_3H_5N_3O]_nま
たは[C_4H_6N_6O]_n約10重量%、から
構成されることを特徴とする請求項1記載のロケットエ
ンジンのための混成組合せ推進剤。 - (3)請求項1または2に処方された、酸化剤成分と少
なくとも1の燃料成分とを混合することを特徴とするロ
ケットエンジンのための推進剤を製造する方法。 - (4)請求項3に記載の方法により製造された推進剤を
用いることを特徴とするロケット等を運転する方法。
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CN103134899A (zh) * | 2011-11-28 | 2013-06-05 | 裴庆 | 一种纳米铝粉燃烧性能测试方法 |
CN109485532B (zh) * | 2018-12-26 | 2021-07-13 | 湖北航天化学技术研究所 | 一种叠氮高能推进剂及其制备方法 |
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US3708359A (en) * | 1970-09-23 | 1973-01-02 | Nasa | Hydrazinium nitroformate propellant with saturated polymeric hydrocarbon binder |
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-
1989
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- 1989-07-07 US US07/376,844 patent/US4938814A/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-07-07 US US07/376,838 patent/US4950341A/en not_active Expired - Fee Related
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