Рассматривался ли когда-либо метилсилан (CH₆Si) в качестве топлива в ракетной технике?

Метилсилан CH 6 Si обладает некоторыми полезными свойствами для ракетного топлива:

  • высокое содержание водорода, 6 атомов на молекулу, 13% от общей массы;
  • высокая энергия сгорания, -2612 КДж/моль или 56,8 МДж/кг (лучше, чем у метана 55 МДж/кг);
  • приличная плотность жидкости, 0,628 кг/л (лучше жидкого метана 0,422 кг/л); Объемное содержание водорода на 11% выше, чем у самого жидкого водорода;
  • некриогенное, самогерметичное хранилище, давление 14 бар при 21°C, критическая температура 79,3°C;
  • низкая средняя молярная масса газообразных стехиометрических продуктов сгорания 21,7 г/моль (лучше метана 23,2 г/моль). При сжигании богатого топлива средняя масса газа еще ниже, потому что CH 6 Si разлагается на SiC и 3H 2 .

Но есть некоторые недостатки:

  • твердые частицы SiO 2 и следы SiC в выхлопе, но меньше твердого остатка в выхлопе, чем в твердом топливе;
  • возможно пирофорный в атмосфере с высокой влажностью, но не пирофорный в стандартных условиях;
  • не токсичен, но вреден для вдыхания и воздействия на кожу.

По всем данным они перспективны, но есть ли работы, связанные с его применением в ракетостроении?

Все эти преимущества кажутся незначительными по сравнению с этаном, в то время как потеря молекулы газа (CO2 > SiO2) нейтрализует их все. Если вы можете справиться с этим, вы можете просто перейти на гидробор.
Не соглашусь, у этана высокая отрицательная энтальпия образования - 84 кДж/моль + кремний дает 911 кДж энергии на моль SiO2 по сравнению с углеродом 393,5 кДж/моль на моль СО2. Это более чем хорошая компенсация за потерянную молекулу газа. По той же причине алюминий добавляют в композитное топливо, хотя он не выделяет газов, но содержит энергию. Углекислый газ является тяжелым газом и увеличивает среднюю молярную массу, а SiO2 — нет. Кроме того, этан криогенен и имеет меньшую плотность жидкости, что означает большую сухую массу топливных баков. Все гидроборы очень токсичны и давно не используются.
Моим непосредственным беспокойством будет отложение SiO2 неизвестно где внутри ракетного двигателя. Любое нарушение потока может показаться очень проблематичным.
@Max - это может быть не так, потому что SiO2 имеет высокую температуру кипения 2950 ° C при атмосферном давлении, в условиях ракеты она еще выше. При слабом обогащении топлива можно избежать испарения и значительного отложения SiO2. Также проходят испытания некоторые комбинации трехкомпонентного топлива, такие как Be/O2/H2 и Li/F2/H2, которые в настоящее время являются рекордсменами по ISP. BeO и LiF не представляли затруднений при проверке.
Вы понимаете, что для жидкостной ракеты H2/O2 жидкое топливо обтекает сопло, чтобы охладить его, чтобы оно не расплавилось. Титан имеет температуру плавления 1668 °C, а диоксид кремния имеет температуру плавления 1713 °C. Допустим, давление в космосе ниже, но опасность накопления диоксида кремния кажется мне вполне реальной.
На самом деле силаны уже испытаны в ракетных и ГПВРД и показали отличные результаты, но пирофорны. SiO2 не вызывает значительных проблем с отложением даже при гораздо более высоком содержании Si, таком как Si5H12. Я уже знаю это. Для CH6Si я не смог найти никаких результатов испытаний, но его свойства говорят о том, что он даже лучше, чем лучший силан SiH4. jstage.jst.go.jp/статья/tstj/7/ists26/7_ists26_Pa_33/_pdf
Накопление диоксида кремния может быть полезным. По данным Ignition, некоторые экспериментаторы намеренно добавляли силаны или силикон в топливо, чтобы обеспечить самовосстанавливающийся тепловой барьерный слой. Но то, что в выхлопе много твердого вещества, вероятно, плохая новость.
Какая польза от некриогенного топлива, когда необходим криогенный кислород?
@Uwe - КероЛОКС? Но HTP и N2O, N2O4 одинаково хорошо работают с CH6Si. Особенно HTP, который может быть даже гиперголическим, учитывая, что все силаны содержат HTP.
@ ВАУ 6EQUJ5. Я бы проверил $ ​​за галлон этого топлива. Метан трудно победить. Также здесь можно увидеть экологические проблемы, поскольку кремнеземная пыль представляет собой известную опасность для здоровья.

Ответы (1)

tl; dr: я вижу, что комментарии под вопросом OP выступают против того, чтобы это была проблема, нарушающая условия сделки, но я все равно укажу на это как на частичный ответ. Любой двигатель, использующий «песок» в качестве реакционной массы, должен будет избегать значительного образования наночастиц диоксида кремния, настолько больших, что они не ускоряются в сопле.

Предполагая идеальную стехиометрическую реакцию с массами H, C, O и Si 1, 12, 16 и 28, я получаю следующее:

2CH 6 Si + 7O 2 → 2CO 2 + 6H 2 O + 2SiO 2

с массовой долей отработавших газов 0,28, 0,34 и 0,38 для продуктов CO 2 , H 2 O и SiO 2 , имеющих массы 44, 18 и 60.

Выхлоп потенциально почти на 40 процентов состоит из песка!

Температура кипения кремнезема (SiO 2 ) составляет около 2950 °C , поэтому при охлаждении выхлопных газов ниже этой температуры возможна конденсация мельчайших нано- или даже микрочастиц жидкого стекла. Поскольку они намного тяжелее молекул, не гарантируется их ускорение в сопле до той же скорости истечения.

Если значительное количество реакционной массы не ускорится должным образом, Isp будет ниже, чем вы ожидаете для количества производимой энергии.

Это не сопоставимо с образованием сажи в двигателях KeraLOX, потому что это основной продукт реакции, а не побочный продукт неполного сгорания. Почти 40% реакционной массы составляет SiO 2 !

В качестве примечания, «стеклянная сажа» — это то, из чего изготавливаются оптические волокна и другие продукты из диоксида кремния высокой чистоты (например, суспензии CMP ), хотя это другой прекурсор кремния (иногда SiCl 4 ).

Ваши предположения на самом деле неверны. Окисление Si в присутствии элементов с высоким сродством к кислороду, таких как водород и углерод, осуществляется в две стадии: сначала до SiO, а затем до SiO2. Первый этап выполняется быстрее, а температура кипения SiO составляет около 1880°C. Можно сделать двигатель, в котором все газообразные продукты находятся до конца сопла. В действительности это позволило образовать часть SiO2 для получения дополнительной энергии и улучшения ISP, но намного меньше 40%. Таким образом, в действительности, как и в других случаях, предпочтение отдается сгоранию с высоким содержанием топлива.
@ WOW6EQUJ5 Можете ли вы подкрепить свои утверждения, цитируя отчеты или исследования? Прямо сейчас похоже, что вы используете сайт для продвижения своих собственных идей, а не задаете вопрос Stack Exchange. Совершенно нормально опубликовать ответ на свой вопрос. Ответ даст вам возможность убедительно показать, откуда вы знаете, что это возможно. Помните, что если ваша идея основана на неполном сгорании, то вы не можете воспользоваться энергией сгорания, которую вы рекламируете в своем вопросе, так что снова штраф ISP!
Я уже прикреплял, но еще раз. jstage.jst.go.jp/article/tstj/7/ists26/7_ists26_Pa_33/_pdf Я не продвигаю свои идеи, мне любопытно. Много работы, связанной с использованием силанов в ракетах и ​​ГПВР, с выводами о том, что они превосходят углеводороды в приложениях с высоким содержанием топлива. Но я не смог найти ничего, связанного с метилсиланом, который имеет лучшие свойства, чем SiH4. Я отправил вопрос, чтобы узнать, есть ли какие-либо доказательства этого - действительно ли это проверено? Если это проверено и ответ отрицательный, это отстой, для меня это нормально, но без каких-либо доказательств мне трудно поверить.
С технической точки зрения вопрос заключается в том, есть ли какие-либо ссылки, а не в том, является ли это хорошей идеей, поэтому это не отвечает на вопрос. Но я согласен, что ОП не открыт для ввода.
@ WOW6EQUJ5 О, ладно, я не внимательно прочитал комментарии. Я посмотрю на это и посмотрю, что там, спасибо! В следующий раз, если вы хотите, чтобы что-то было рассмотрено в ответах, вы должны выделить это в самом сообщении с вопросом, а не несколькими строками ниже в комментариях.
Я только что спросил, могут ли частицы сажи kerolox или SRB слишком быстро расти; не разгоняется в расширяющемся выхлопе, приводящем к потере удельного массового импульса? Ответы на этот вопрос могут помочь разрешить эту более экзотическую ситуацию.
Рассматривался ли когда-либо метилсилан (CH₆Si) в качестве топлива в ракетной технике?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v