Pohonná látka - Propellant

A pohonná hmota nebo pohonná látka je chemická látka použitý v výroba energie nebo stlačený plyn který se následně použije k vytvoření pohyb tekutiny nebo generovat pohon a vozidlo, projektil nebo jiný objekt. Běžné pohonné hmoty jsou energetické materiály a skládá se z palivo jako benzín, Tryskové palivo, raketové palivo a okysličovadlo. Hnací látky jsou spáleny nebo jinak rozloženy za účelem výroby hnací plyn. Další hnací látky jsou jednoduše kapaliny, které lze snadno odpařit.

V raketách a letadlech se pohonné hmoty používají k výrobě plynu, který lze nasměrovat tryskou, čímž se vytvoří tah. V raketách, raketové palivo produkuje výfuk a vyčerpaný materiál je obvykle vytlačován pod tlakem a tryska. Tlak může být ze stlačeného plynu nebo z plynu produkovaného chemickou reakcí. Výfukovým materiálem může být a plyn, kapalný, plazma, nebo před chemickou reakcí a pevný, kapalina nebo gel. V letadle je pohonná látka obvykle palivem a spaluje se vzduchem.

V balistice střelných zbraní vyplňují pohonné hmoty vnitřek zbraně nábojnice nebo komora zbraně nebo děla, vedoucí k vyloučení střely nebo granátu (střelný prach, bezdýmný prášek a velké pohonné hmoty). Výbušný materiál mohou být umístěny v uzavřené trubici a působit jako deflagrantní nízko výbušná nálož při těžbě a demolici, aby se vytvořil efekt nízké rychlosti (tryskání tlakem plynu).

Hnací plyny se studeným plynem lze použít k naplnění roztažitelného vaku nebo membrány, jako je například automobilový airbag (hnací plyny generátoru plynu), nebo v tlakových dávkovacích systémech, jako jsou aerosolové spreje, k protlačení materiálu tryskou. Mezi příklady pohonných látek na plechovky patří oxid dusičitý který je rozpuštěn v konzervách šlehačka a dimethylether nebo nízkovroucí alkanu použito v lak na vlasy. Raketová pohonná látka může být vypuzována expanzní tryskou jako studený plyn, tj. Bez energetického míchání a spalování, aby poskytovala malé změny rychlosti do kosmické lodi pomocí studené plynové trysky.

Aerosolové spreje

Další informace: Aerosolový sprej § Aerosolové pohonné látky

v aerosolový sprej plechovky, pohonná látka je jednoduše stlačený plyn v rovnováze s kapalinou (při tlak nasycených par ). Jak nějaký plyn uniká, aby vytlačil užitečné zatížení, více kapaliny se odpaří a udržuje rovnoměrný tlak.

Používá se k pohonu pevných předmětů

Technicky řečeno pohonná hmota je obecný název pro chemikálie používané k vytvoření tahu. U vozidel se termín pohonná látka vztahuje pouze na chemikálie, které jsou ve vozidle skladovány před použitím, a vylučuje atmosférický plyn nebo jiný materiál, který může být shromažďován při provozu.

Aby se dosáhlo užitečné hustoty pro skladování, je většina pohonných látek buď pevná nebo kapalná.

Balistika a pyrotechnika

v balistika a pyrotechnika, a pohonná hmota je obecný název pro chemikálie používané k pohonu projektilů ze zbraní a jiných střelných zbraní.

Tuhá paliva jsou obvykle vyrobena z málo výbušný materiály, ale mohou zahrnovat vysoce výbušný chemické přísady, které jsou kontrolovaně zředěny a spalovány (deflagration ) spíše než detonace. Řízené spalování hnacího prostředku obvykle produkuje tah podle plyn tlak a může urychlit A projektil, raketa nebo jiné vozidlo. V tomto smyslu běžné nebo dobře známé pohonné hmoty zahrnout, pro střelné zbraně, dělostřelectvo, a rakety na tuhá paliva:

Raketová paliva

Hlavní článek: Raketový pohon

Tuhá pohonná látka

Další informace: Tuhé palivo a Raketa na tuhá paliva

Pohonné látky, které při provozu explodují, jsou v současné době málo praktické, i když již byly experimentovány Pulzní detonační motory. Ve fázi výzkumu jsou zvažovány také nově syntetizované sloučeniny na bázi bishomokubanu jako tuhá i kapalná paliva budoucnosti.[1][2]

Obilí

Tuhá paliva se používají v tzv. Formách zrna. Zrno je jakákoli jednotlivá částice pohonné látky bez ohledu na velikost nebo tvar. Tvar a velikost zrna hnacího plynu určuje dobu hoření, množství plynu a rychlost produkovanou z hořícího hnacího plynu a v důsledku toho profil tahu vs času.

Existují tři typy popálenin, kterých lze dosáhnout s různými zrny.

Postupné hoření
Obvykle zrno s více perforacemi nebo hvězdicovým řezem ve středu, který poskytuje velkou plochu.
Degresivní hoření
Obvykle pevné zrno ve tvaru válce nebo koule.
Neutrální popáleniny
Obvykle jediná perforace; protože vnější povrch klesá stejnou rychlostí i vnitřní povrch.

Složení

Existují čtyři různé typy tuhých pohonných hmot:

Jediný pohonný prostředek
Jediný hnací plyn má jako hlavní složku výbušnin nitrocelulózu. Stabilizátory a další přísady se používají k řízení chemické stability a zlepšení vlastností hnacího plynu.
Dvojitá pohonná látka
Dvojná paliva jsou tvořena nitrocelulózou s přidaným nitroglycerinem nebo jinými kapalnými výbušninami organických dusičnanů. Rovněž se používají stabilizátory a další přísady. Nitroglycerin snižuje kouř a zvyšuje výdej energie. Dvojitá paliva se používají v ručních palných zbraních, kanónech, minomatech a raketách.
Trojitá pohonná hmota
Hnací látky trojitého typu se skládají z nitrocelulózy, nitroguanidinu, nitroglycerinu nebo jiných kapalných výbušnin organických dusičnanů. Trojitá paliva jsou používána v kanónech.
Složený
Kompozity neobsahují nitrocelulózu, nitroglycerin, nitroguanidin ani žádný jiný organický dusičnan jako primární složku. Kompozity obvykle sestávají z paliva, jako je kovový hliník, hořlavého pojiva, jako je syntetický kaučuk nebo HTPB a oxidační činidlo, jako je chloristan amonný. Kompozitní hnací látky se používají ve velkých raketových motorech. V některých aplikacích, jako je americká raketa SLBM Trident II, se do kompozitu hliníku a chloristanu amonného přidává nitroglycerin jako energetické změkčovadlo.

Tekutá pohonná látka

Další informace: kapalné palivo a raketa na kapalná paliva

V raketách se používají tři hlavní kombinace kapalných bipropellantů: kryogenní kyslík a vodík, kryogenní kyslík a uhlovodík a skladovatelná paliva.[3]

Kryogenní kyslík -vodík kombinovaný systém
Používá se v horních fázích a někdy v posilovacích fázích systémů vypouštění do vesmíru. Jedná se o netoxickou kombinaci. To dává vysoké specifický impuls a je ideální pro mise s vysokou rychlostí
Kryogenní systém pohonu na kyslík a uhlovodíky
Používá se pro mnoho posilovacích fází vesmíru nosná vozidla stejně jako menší počet druhé etapy. Tato kombinace paliva a okysličovadla má vysokou hustotu, a proto umožňuje kompaktnější konstrukci posilovače.
Skladovatelné kombinace pohonných hmot
Používá se téměř ve všech bipropellantech s nízkým tahem, pomocných nebo řízení reakce raketové motory, stejně jako v některých ve velkých raketových motorech pro první a druhý stupeň balistických raket. Mají okamžitý start a jsou vhodné pro dlouhodobé skladování.

Kombinace pohonných hmot používaných pro rakety na kapalná paliva zahrnout:

Běžný monopropellant používaný pro raketové motory na kapalná paliva zahrnout:

  • Peroxid vodíku
  • Hydrazin
  • Červená dýmavá kyselina dusičná (RFNA)

Viz také

Reference

  1. ^ Lal, Sohan; Rajkumar, Sundaram; Tára, Amit; Reshmi, Sasidharakurup; Chowdhury, Arindrajit; Namboothiri, Irishi N. N. (prosinec 2014). "Nitro-Substitution Bishomocubanes: Synthesis, Characterization, and Application as Energetic Materials". Chemistry: An Asian Journal. 9 (12): 3533–3541. doi:10.1002 / Asie.201402607. PMID  25314237.
  2. ^ Lal, Sohan; Mallick, krásný; Rajkumar, Sundaram; Oommen, Oommen P .; Reshmi, Sasidharakurup; Kumbhakarna, Neeraj; Chowdhury, Arindrajit; Namboothiri, Irishi (2015). "Syntéza a energetické vlastnosti bishomokubanů substituovaných vysokým obsahem dusíku". J. Mater. Chem. A. 3 (44): 22118–22128. doi:10.1039 / C5TA05380C.
  3. ^ Sutton, George; Biblarz, Oscar (2001). Prvky raketového pohonu. Willey. ISBN  9781601190604. OCLC  75193234.
  4. ^ Hutchinson, Lee (14.04.2013). „Nový raketový motor F-1B vylepšuje design z doby Apolla s tahem 1,8 M liber“. ARS technica. Citováno 2013-04-15. Nejúčinnější kombinací paliva a okysličovadla, která se dnes běžně používá pro chemické kapalné rakety, je vodík (palivo) a kyslík (okysličovadlo), “pokračoval Coates. Oba prvky jsou relativně jednoduché a při kombinaci snadno hoří - a ještě lépe, výsledkem reakce je jednoduchá voda.
  5. ^ Hutchinson, Lee (14.04.2013). „Nový raketový motor F-1B vylepšuje design z doby Apolla s tahem 1,8 M lb“. ARS technica. str. 2. Citováno 2013-04-15. Rafinovaná ropa není nejúčinnějším palivem produkujícím tah pro rakety, ale to, co jí chybí při výrobě tahu, kompenzuje hustotou. Vynaložení stejné přítlačné síly na vozidlo vyžaduje menší objem RP-1 a menší objem odpovídá zmenšené velikosti pódia. ... Menší stupeň posilovače znamená mnohem menší aerodynamický odpor, protože vozidlo se zvedá z blízké hladiny moře a zrychluje nahoru hustší (silnější) částí atmosféry poblíž Země. Výsledkem menšího posilovacího stupně je, že umožňuje efektivnější výstup nejhustší částí atmosféry, což pomáhá zlepšit čistou hmotnost zvednutou na oběžnou dráhu.

Bibliografie

externí odkazy