RU2570911C2 - Staroverv's rocket engine-2 (versions) - Google Patents
Staroverv's rocket engine-2 (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2570911C2 RU2570911C2 RU2012106394/06A RU2012106394A RU2570911C2 RU 2570911 C2 RU2570911 C2 RU 2570911C2 RU 2012106394/06 A RU2012106394/06 A RU 2012106394/06A RU 2012106394 A RU2012106394 A RU 2012106394A RU 2570911 C2 RU2570911 C2 RU 2570911C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion chamber
- ammonia
- engine
- rocket
- fed
- Prior art date
Links
Landscapes
- Testing Of Engines (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ракетным двигателям жидкого и твердого топлива.The invention relates to rocket engines of liquid and solid fuels.
Известны ракетные двигатели, см. например мой «Бескорпусный двигатель с самоподачей», пат. №2431052. Все существующие химические ракетные двигатели используют принцип высокотемпературного нагрева газа или газо-пылевого рабочего тела (пыль - это твердые фракции разложившегося твердого ракетного топлива). Делается это для того, чтобы повысить скорость истечения рабочего тела из реактивного сопла. Эта скорость определяется, во-первых, скоростью звука в газе и, во-вторых, степенью расширения газа в расширяющемся сверхзвуковом реактивном сопле, и достигает в лучших двигателях 4000 м/сек. Причем детали двигателя работают в очень напряженном тепловом режиме, даже с учетом их охлаждения.Rocket engines are known, see, for example, my “Self-feeding Open Frame Engine”, US Pat. No. 2431052. All existing chemical rocket engines use the principle of high-temperature heating of gas or a gas-dust working fluid (dust is solid fractions of decomposed solid rocket fuel). This is done in order to increase the flow rate of the working fluid from the jet nozzle. This speed is determined, firstly, by the speed of sound in the gas and, secondly, by the degree of expansion of the gas in the expanding supersonic jet nozzle, and reaches 4000 m / s in the best engines. Moreover, engine parts operate in very intense thermal conditions, even taking into account their cooling.
Между тем скорость звука в водороде даже при нормальных температуре и давлении 1330 м/сек. А если еще и немного повысить температуру водорода, то скорость звука в нем и скорость истечения его из сопла резко возрастут. Например, водород с температурой всего 650 градусов С (это ниже температуры его воспламенения) будет иметь скорость звука 2360 м/сек, и сможет в реактивном сопле разогнаться сам и разогнать пылевые частицы до скорости около 4300 м/сек. То есть получится «холодный ракетный двигатель», в котором из-за адиабатического расширения газ на выходе из реактивного сопла может иметь приблизительно температуру окружающей среды. На этом и основана идея данного изобретения. Цель изобретения - повышение скорости реактивной струи и удельного импульса ракетного двигателя. А также, в некоторых случаях, снижение демаскирующего инфракрасного излучения.Meanwhile, the speed of sound in hydrogen even at normal temperature and pressure of 1330 m / s. And if you also slightly increase the temperature of hydrogen, then the speed of sound in it and the speed of its outflow from the nozzle will increase sharply. For example, hydrogen with a temperature of only 650 degrees C (this is below its ignition temperature) will have a sound speed of 2360 m / s, and will be able to accelerate itself in the jet nozzle and disperse dust particles to a speed of about 4300 m / s. That is, a “cold rocket engine” is obtained in which, due to adiabatic expansion, the gas at the outlet of the jet nozzle can have approximately the ambient temperature. This is the basis of the idea of this invention. The purpose of the invention is to increase the speed of a jet stream and the specific impulse of a rocket engine. And also, in some cases, a decrease in unmasking infrared radiation.
ВАРИАНТ 1. Данный двигатель содержит камеру сгорания (будем ее так называть, хотя процесса «сгорания» в ней не происходит), в которую под давлением подается смесь борана и аммиака, или раствор или эмульсия борана в жидком аммиаке.OPTION 1. This engine contains a combustion chamber (we will call it that, although there is no “combustion” process in it), into which a mixture of borane and ammonia, or a solution or emulsion of borane in liquid ammonia, is supplied under pressure.
При инициации реакции источником тепла происходит сначала экзотермическое разложение диборана (до 300 градусов С) с выделением тепла 38,5 кДж/моль, после чего выделившийся бор взаимодействует с двумя молекулами аммиака. Пример 1.When the reaction is initiated by a heat source, the exothermic decomposition of diborane (up to 300 degrees C) occurs first with the release of heat 38.5 kJ / mol, after which the released boron interacts with two ammonia molecules. Example 1
В2Н6+2NH3=2BN+6Н2+451 кДж/мольB2N6 + 2NH3 = 2BN + 6H2 + 451 kJ / mol
То есть удельное выделение тепла составляет 7,27 кДж/г, что примерно как у большинства твердых ракетных топлив. Приблизительные расчеты показывают, что температура реакции будет при постоянном давлении - 1800 градусов С. Скорость звука в таком водороде будет 3510 м/сек, а скорость реактивной пыле-газовой струи примерно 6300 м/сек. Однако, слишком малое количество выделившегося водорода внушает сомнения - сможет ли он разогнать всю первоначальную массу до такой скорости. Проверочный расчет (без учета нагрева компонентов) по закону сохранения энергии показал, что максимальная скорость даже при 100% к.п.д. будет 3810 м/сек. Реально - еще меньше.That is, the specific heat release is 7.27 kJ / g, which is approximately like most solid rocket fuels. Approximate calculations show that the reaction temperature will be at a constant pressure of 1800 degrees C. The speed of sound in such hydrogen will be 3510 m / s, and the speed of the reactive dust-gas jet will be about 6300 m / s. However, the too small amount of hydrogen released raises doubts as to whether it can accelerate the entire initial mass to such a speed. The verification calculation (excluding component heating) according to the law of energy conservation showed that the maximum speed even at 100% efficiency It will be 3810 m / s. Really - even less.
Но так как к.п.д. 100% не бывает, то из сказанного следует неожиданный вывод - данному двигателю не нужно расширяющееся сверхзвуковое сопло. Достаточно сужающегося. Желательно, с небольшой цилиндрической частью на выходе, чтобы лучше разогнать пылевые частицы. Отсутствие конфузора реактивного сопла значительно снизит вес двигателя и резко снизит его габариты.But since the efficiency 100% does not happen, then an unexpected conclusion follows from what has been said - this engine does not need an expanding supersonic nozzle. Tapering enough. Preferably, with a small cylindrical part at the outlet, in order to better disperse the dust particles. The absence of a nozzle confuser will significantly reduce the weight of the engine and sharply reduce its dimensions.
Сравнительно низкая рабочая температура позволит значительно облегчить и упростить конструкцию двигателя. Например, вольфрамовый двигатель может работать без охлаждения, а титановый двигатель должен иметь охлаждение, но будет значительно легче вольфрамового.The relatively low operating temperature will significantly facilitate and simplify the design of the engine. For example, a tungsten engine can operate without cooling, and a titanium engine must have cooling, but will be much lighter than a tungsten engine.
Так как выше 1200 градусов бор реагирует с аммиаком и получающимся в результате его термического разложения азотом, то вся реакция идет лавинообразно, то есть самостоятельно.Since boron reacts with ammonia and nitrogen resulting from its thermal decomposition above 1200 degrees, the whole reaction proceeds in an avalanche-like manner, that is, independently.
Образование нитрида бора идет интенсивнее в присутствии восстановителя. Таковым может быть выделяющийся водород. Для увеличения скорости реакции желательно присутствие мелкодисперсного угля, сажи, графита или небольшого количества метана (0,0001-1% от массы реагирующих веществ), или их смеси. Метан при температуре выше 1100 градусов С экзотермически (с удельным тепловыделением 4,68 кДж/г) разлагается с выделением двух молекул водорода и углерода в виде сажи, которая будет катализатором реакции образования нитрида бора.The formation of boron nitride is more intense in the presence of a reducing agent. Such may be hydrogen evolved. To increase the reaction rate, the presence of finely divided coal, soot, graphite, or a small amount of methane (0.0001-1% by weight of the reacting substances), or a mixture thereof, is desirable. Methane at a temperature above 1100 degrees C exothermically (with a specific heat of 4.68 kJ / g) decomposes with the release of two molecules of hydrogen and carbon in the form of soot, which will be a catalyst for the formation of boron nitride.
Как видно из реакции, стехиометрическое соотношение диборана и аммиака должно быть 27,67:34,06 и при этом выделится 12,1 г/м водорода. В реальности из-за разности скоростей реакций возможны отклонения в ту или иную сторону до 10%. То есть стехиометрическое соотношение в процентах 44,8:55,2, и при этом выделится 19,6% водорода по отношению к исходной массе.As can be seen from the reaction, the stoichiometric ratio of diborane and ammonia should be 27.67: 34.06 and 12.1 g / m of hydrogen will be released. In reality, up to 10% deviations in one direction or another are possible due to the difference in reaction rates. That is, the stoichiometric ratio in percent is 44.8: 55.2, and 19.6% of hydrogen will be released in relation to the initial mass.
Чтобы такой двигатель запустился, ему необходим начальный источник тепла. Им может быть установленная на пусковой установке горелка или пиротехническая шашка, которая направлена внутрь камеры сгорания. В течение некоторого времени она прогревает камеру, а затем, после подачи компонентов топлива (будем его так называть, хотя оно не «горит»), инициирует начало их реакции.For such an engine to start, it needs an initial heat source. It can be a burner or a pyrotechnic checker mounted on the launcher, which is directed inside the combustion chamber. For some time, it warms up the chamber, and then, after supplying the fuel components (we will call it that, although it does not “burn”), it initiates the beginning of their reaction.
Более интересен вариант, в котором шашка быстрогорящего твердого ракетного топлива установлена в самой камере сгорания - по центру и/или на стенках ее. Такая шашка при правильном расчете ее мощности сразу начинает двигать ракету, прогревает камеру сгорания и в конце работы (примерно на 25-10% мощности) инициирует реакцию реагентов топлива. Возможно плавное замещение производительности шашки плавной подачей топлива в камеру сгорания. Время работы такой шашки невелико - секунды или даже доли секунды. Так как желательно прогреть стенки камеры сгорания, то если шашек две - в центре и по краям камеры сгорания, то центральная шашка должна работать несколько дольше, чтобы прогреть стенки, открывшиеся после полного выгорания боковой шашки.A more interesting option is that a checker of quick-burning solid rocket fuel is installed in the combustion chamber itself - in the center and / or on its walls. Such a checker, with the correct calculation of its power, immediately begins to move the rocket, warms up the combustion chamber and at the end of the work (about 25-10% of the power) initiates the reaction of fuel reagents. It is possible to smoothly replace the performance of the checkers by smoothly supplying fuel to the combustion chamber. The working time of such a checker is small - seconds or even fractions of a second. Since it is desirable to warm the walls of the combustion chamber, then if there are two checkers in the center and along the edges of the combustion chamber, the central checker should work a little longer to warm up the walls that open after the side checker is completely burned out.
ВАРИАНТ 2. Для повышения удельного тепловыделения двигатель может быть скомбинирован с классическим ракетным двигателем, жидкостным или твердотопливным. То есть такой двигатель содержит камеру сгорания или корпус с соплом, работает на жидком или твердом ракетном топливе и отличается тем, что в камеру сгорания или в корпус твердотопливного ракетного двигателя дополнительно подается выхлоп двигателя, работающего на диборане или тетраборане и аммиаке.OPTION 2. To increase the specific heat, the engine can be combined with a classic rocket engine, liquid or solid fuel. That is, such an engine contains a combustion chamber or a housing with a nozzle, runs on liquid or solid rocket fuel, and is characterized in that the exhaust chamber of an engine operating on diborane or tetraborane and ammonia is additionally fed into the combustion chamber or into the housing of a solid propellant rocket engine.
В результате горения обычного (окислительно-восстановительного) ракетного топлива и работы водородного двигателя получается газо-пылевая смесь, в которой скорость звука будет ниже, чем водороде, но выше, чем в обычных ракетных газах. Суммарный импульс такого двигателя может оказаться и выше чисто водородного двигателя, и выше окислительно-восстановительного двигателя (требуется серия экспериментов). Но, даже если импульс окажется примерно одинаковым, такой двигатель продолжает сохранять преимущество низкой температуры процесса, то есть будет иметь пониженную инфракрасную заметность и низкую тепловую напряженность конструкции двигателя, то есть ее малый вес и отсутствие охлаждения.As a result of burning conventional (redox) rocket fuel and the operation of a hydrogen engine, a gas-dust mixture is obtained in which the speed of sound will be lower than hydrogen, but higher than in conventional rocket gases. The total impulse of such an engine can turn out to be higher than a purely hydrogen engine, and higher than a redox engine (a series of experiments is required). But, even if the pulse turns out to be approximately the same, such an engine continues to retain the advantage of a low process temperature, that is, it will have reduced infrared visibility and low thermal tension of the engine structure, i.e. its low weight and lack of cooling.
Пример 2. В классический жидкостный ракетный двигатель (например, кислородно-керосиновый) дополнительно подается выхлоп двигателя по варианту 1, в количестве 1:1. Работает двигатель как обычно.Example 2. In a classic liquid rocket engine (for example, oxygen-kerosene), the engine exhaust is additionally supplied according to option 1, in an amount of 1: 1. The engine runs as usual.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012106394/06A RU2570911C2 (en) | 2012-02-21 | 2012-02-21 | Staroverv's rocket engine-2 (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012106394/06A RU2570911C2 (en) | 2012-02-21 | 2012-02-21 | Staroverv's rocket engine-2 (versions) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012106394A RU2012106394A (en) | 2013-08-27 |
RU2570911C2 true RU2570911C2 (en) | 2015-12-20 |
Family
ID=49163542
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012106394/06A RU2570911C2 (en) | 2012-02-21 | 2012-02-21 | Staroverv's rocket engine-2 (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2570911C2 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2182163C2 (en) * | 1995-06-07 | 2002-05-10 | Уильям К. Орр | Fuel composition |
RU2328519C2 (en) * | 1994-05-31 | 2008-07-10 | Уильям К. Орр | Enhanced combustion at vapour phase |
-
2012
- 2012-02-21 RU RU2012106394/06A patent/RU2570911C2/en active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2328519C2 (en) * | 1994-05-31 | 2008-07-10 | Уильям К. Орр | Enhanced combustion at vapour phase |
RU2182163C2 (en) * | 1995-06-07 | 2002-05-10 | Уильям К. Орр | Fuel composition |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JOHN D. CLARCK, Ignition!, Rutgers university press, New Brunswick, 1972, стр. 120-130 * |
М.В. ДОБРОВОЛЬСКИЙ, Жидкостные ракетные двигатели, Москва, "Оборонгиз", 1957, стр. 209-214Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей, под ред. В.М. Кудрявцева, Москва, "Высшая школа", 1967, стр. 147-155. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012106394A (en) | 2013-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Niki et al. | Effects of ammonia gas mixed into intake air on combustion and emissions characteristics in diesel engine | |
AU2009226379A1 (en) | Hydrogen generator, ammonia combustion internal combustion engine, and fuel cell | |
US20100257839A1 (en) | Hydrocarbon-fueled rocket engine with endothermic fuel cooling | |
Serbin | Features of liquid-fuel plasma-chemical gasification for diesel engines | |
RU2570911C2 (en) | Staroverv's rocket engine-2 (versions) | |
RU2570910C2 (en) | Staroverv's rocket engine-9 (versions) | |
RU2004134298A (en) | POWER UNIT WITH PULSED KNOCKING | |
RU2482313C1 (en) | Staroverov rocket engine - 3 (versions) | |
RU2516711C1 (en) | Staroverov's rocket propellant - 15 (versions) | |
JP2008240731A (en) | Operating method for turbogroup | |
CN105399588A (en) | Low-temperature propellant additive | |
RU2586211C2 (en) | Staroverov-4 rocket engine /versions/ | |
JP5674810B2 (en) | Propulsion method, propulsion device, and propulsion unit including a combustion step of liquid oxidant and hydrogen generated using a solid compound | |
RU2586442C2 (en) | Staroverov - 5 rocket engine /versions/ | |
RU2582712C2 (en) | Rocket propellant /versions/ | |
RU2446306C1 (en) | Method of operating pulsating detonation engine (versions) | |
RU2544104C2 (en) | Staroverov's rocket engine (versions) | |
RU2601820C1 (en) | Staroverov rocket engine (versions) | |
RU2485341C1 (en) | Staroverov's-7 rocket engine | |
US20070157623A1 (en) | Fuel preconditioning for detonation combustion | |
RU2570913C2 (en) | Staroverov's rocket engine-6 (versions) | |
RU2570010C2 (en) | Staroverov's propellant-6 | |
RU2516825C1 (en) | Staroverov's rocket propellant - 14 (versions). | |
RU2165534C1 (en) | Internal combustion engine operation method (versions) | |
RU2570012C1 (en) | Staroverov's propellant - 3 (versions) |