Если перекись с высокими пробами наиболее стабильна в чистом виде, то почему в ракетостроении она чаще всего используется при более низких концентрациях?

Согласно статье Википедии о перекиси высокого качества :

Перекись водорода становится более стабильной при более высоком содержании перекиси. Например, 98-процентная перекись водорода более стабильна, чем 70-процентная перекись водорода. Вода действует как загрязнитель, и чем выше концентрация воды, тем менее устойчив пероксид.

Далее в статье перечисляются различные варианты использования пероксида с высокими испытаниями, большинство из которых используются в аэрокосмической отрасли, либо в качестве монотоплива, либо в качестве окислителя в двухкомпонентных ракетных топливах. Большинство перекисей водорода, используемых в этих приложениях, составляют около 80%. Я бы подумал, что это связано с тем, что более высокие концентрации непрактичны из-за проблем с безопасностью или обращением, но на той же странице они на самом деле более стабильны. Если это так, то почему бы просто не воспользоваться преимуществом в производительности и везде использовать 98-100%?

Является ли перекись водорода 98+% особенно дорогой или сложной в производстве? Есть ли какая-то другая проблема (хранение?), которая ограничивает практическое использование более опасными, менее эффективными концентрациями 80-85%?

Возможно, что pure сам по себе производит слишком много тепла. При разбавлении вода превращается в пар, добавляя тяги, а также поглощая часть тепла при распаде перекиси.
Роберт Д.Г., вероятно, на правильном пути - вам нужна и энергия, и выбрасываемая масса для наилучшей производительности.
Возможно, но я проверил это через ProPEP, и, как и в большинстве ситуаций, когда в топливе есть вода, удельный импульс 100% лучше. Например, с RP-1 ProPEP дает оптимальное Isp* (вакуумное Isp с коэффициентом расширения 1) 205 с при 1 части RP1 на 7 частей 100% H2O2 по массе. Для РП-1 с 90% оптимальное значение Isp* составляет 203 с, причем оптимум при том же соотношении. Конечно, учитывая, что значительное количество пропеллента — вода, это на удивление близко, но не лучше. Молекулярный вес продукта выхлопа идентичен (21,813), поэтому я не думаю, что вода сильно помогает тяге.
100% H2O2 работает лучше, в этом нет сомнений, больше кислорода, больше топлива можно сжечь и больше энергии высвободится. При сгорании РП-1 также выделяется вода, чем больше сгорает РП-1, тем больше образуется водяного пара, поэтому добавление воды к H2O2 не сильно повлияет на молярную массу газа. Также вода имеет высокую энергию испарения, поэтому она значительно снижает температуру разложения. Ниже 67% H2O2 полностью не разложится, вода останется в жидком состоянии. Есть и другие причины, по которым концентрации обычно находятся в диапазоне 80-90%.

Ответы (1)

Причин несколько:

  1. Катализатор- В большинстве применений ПВТ сначала разлагается на пар и кислород, а затем вводится в камеру сгорания, где происходит самовоспламенение топлива (обычно РП-1). Катализатор обычно изготавливается из сеток из нержавеющей стали с серебряным покрытием. Многие виды катализаторов могут разлагать ПВТ (перманганаты, диоксид марганца, оксид свинца и т. д.), но оказалось, что серебро является наиболее эффективным. Серебро можно использовать при концентрации HTP до 92%, поскольку температура адиабатического пламени при более высоких концентрациях близка к температуре плавления серебра, и катализатор может быть поврежден. Для более высоких концентраций, чем 92%, следует использовать платину. Платина более дорогой, более плотный и менее эффективный катализатор. Следовательно, вы потеряете эффективность разложения, уменьшите соотношение доверия к двигателю и весу и увеличите расходы. Предметом многих исследований является замена платины керамическими материалами, но керамика склонна к растрескиванию при сильных перепадах температуры и давления. В реактивных ранцах его уже заменили, но нет никаких опасений, что любые отлетающие керамические детали заблокируют форсунки или повредят лопасти турбины.
  2. Температура замерзания - вода используется в качестве депрессанта точки замерзания. Чистая перекись водорода замерзает при -0,43 °C. 98% HTP замерзает при -2,5ºC, 90% при -11ºC, 70% при -39ºC и т. д. введите описание изображения здесьНержавеющая сталь и алюминий являются материалами, совместимыми с HTP, и поэтому в основном используются для топливных баков. Оба материала обладают высокой теплопроводностью, и ракета должна пройти через стратосферу, где температура может достигать -51ºC, поэтому желаемая температура замерзания должна быть как можно ниже. Обычно концентрация является компромиссом между производительностью и точкой замерзания. Было обнаружено, что концентрации выше 50% имеют заметную тенденцию к переохлаждению.
  3. Опасность детонации - более стабильной Википедия считает менее разрушающуюся. Перекись водорода любой концентрации будет разлагаться при хранении, причем чистая является наиболее стабильной в этом отношении. Но чистая перекись водорода способна детонировать. Хотя добиться надлежащей детонации сложно, это все же возможно и представляет собой риск, особенно в ракетной технике, где одновременно хранятся большие количества. Несколько процентов воды в значительной степени снижают этот риск, и считается, что ниже 90% она больше не способна детонировать, если раствор не содержит топлива. Пары перекиси водорода также могут детонировать. Установлено, что в 90% растворах вода и пары перекиси водорода не взрывоопасны при нормальных температурах хранения.