Polskie Towarzystwo Rakietowe - Amatorskie Konstrukcje Rakiet

Witam na forum jestem nowy interesuję się silnikami rakietowymi aczkolwiek mam o tym nikłe pojecie na rakietach się nie znam ale w dziedzinie chemii chętnie podyskutuję przynajmniej teoretycznie
Pewne pierwiastki reagują ze sobą z wydzieleniem dużej ilości energii przykłady

Wodór + Tlen
Węgiel + Tlen
Glin+ Tlen
Fosfor + Tlen
Siarka + Tlen

Jedne wydzielają więcej energii inne mniej przykładowo w reakcji Glinu i tlenu wydziela się znacznie więcej energii niż w przypadku węgiel i tlen. W wyniku reakcji pierwiastków ilość wydzielanej energii można odczytać bezpośrednio z tablic chemicznych. Pożywszy przykład dotyczył pierwiastków. Istnieją też inne substancje które zbudowane są s wyżej wymienionych pierwiastków i w reakcji z tlenem też wydzielają znaczną ilość energii przykład


Acetylen + Tlen

Jak wiemy gaz ten C2H2 używany jest w spawalnictwie to że jest używany wie każdy ale nie każdy wie dlaczego akurat acetylen a nie np. tańszy metan ? Otóż aby wytworzyć acetylen I tu należy dołożyć energii !

C2+H2 +Energia = C2H2

niespodzianka skroplony acetylen pobudzony spłonką detonuje z siłą nitrogryceliny A przy ciśnieniu większym od n rozkłada się wybuchowo na węgiel i tlen W skrócie mówiąc

C2H2 + 02 + Energia z rozkładu C2h2 na składowe + energia ze spalania C2 i H2 acetylen jest bardziej energetyczny od metanu Analogicznie znane paliwo Hydrazyna N2H4
Wbrew pozorom Tlen to nie jedyny pierwiastek który w reakcji z innymi pierwiastkami np. węglem wydziela znaczne ilości energii podobnie wygląda sprawa z Fluorem który w reakcji z berylem wydziela więcej energii niż reakcja czystego Ozonu z Wodorem

Porównanie impulsu całkowitego



KMn04 nadmanganian potasu + AL. I tak pomyślałem K2MnF6 + Be ?? Pył berylowy jest stosowany jako składnik stałego paliwa rakietowego
o najwyższym impulsie właściwym oraz rakietowych silnikach o zastosowaniach militarnych.

https://www.youtube.com/watch?v=-lm5w87HhbI nie tylko tlen wodór i związki organiczne w reakcji z tlenem wydzielają znaczną ilość energii podobnie jest z fluorem podobnie jest z siarką i z cynkiem reakcja też jest reakcją energiczną nie każdy wie że tytan Ti reaguje energicznie z azotem znanych mi kombinacji jest kilkanaście ale tak jak mowię Beryl i Fluor stosuje się jako paliwo wmilitarnych rozwiązaniach . Beryl jest trujący Fluor podobnie z gazem byłby problem ale podobnie należało by poszukać związków które były by "utleniaczem" tj były by bogate w Fluor podobnie jak Kmno4 jest bogate w tlen i były by ciałami stałymi duża część fluorków topoprostu gazy ze znanych mi ciał stałych hmmm to TrifluorekBromuBrF₃niestety ten w kontakcie z substancją organiczną exploduje i napewno podobnie by było z pyłem Berylowym Co do dostępności o którą kolega pytał w innym temacie - wszytsko da się kupić legalnie w dużej większości 2,6 macha
https://www.youtube.com/watch?v=EqNSwOw1myw

Witam!
Jest taki związek, który zawiera dużo fluoru i jest w postaci stałej - jest to teflon. Po drodze (z punktu widzenia stanu skupienia) są jeszcze ciekłe oleje perfluorowe. Tak więc jest w czym wybierać. Ktoś kiedyś proponował nawet (a może i było realnie użyte, nie pamiętam) paliwo teflon-magnez.
Zdaje się, że największy uzyskany z silnika rakietowego impuls właściwy to blisko 550s - Rocketdyne odpaliło silnik na mieszance ciekły lit/ciekły fluor/gazowy wodór.

Wydaje mi się, że poszukując największych parametrów energetycznych reakcji zapominasz jednak o bardzo ważnym w silnikach rakietowych aspekcie - średniej masie cząsteczkowej gazów wylotowych (zwróć uwagę na masę cząsteczkową związków powstających w silniku powyżej). Najlepszym możliwym "czynnikiem roboczym" w dyszy jest wodór, wszystkie inne pierwiastki czy związki, mając większą masę cząsteczkową, sprawdzają się gorzej, lub ew. potrzebują większej temperatury do osiągnięcia podobnej wydajności. Dlatego wszelkie termity są fatalne jako paliwo rakietowe mimo ogromnego efektu energetycznego (entalpii) reakcji - generują mało gazów, czy też, ściślej - ich gazy spalinowe mają dużą masę cząsteczkową.
I tu padło kolejne słowo klucz - temperatura. Oczywiście z punktu widzenia uzyskiwanego impulsu właściwego, im wyższa temperatura tym lepiej. Po to między innymi dodaje się proszków metali (w tym i berylu) do paliw rakietowych, aby zwiększyć temperaturę spalania paliwa. Nie można jednak zapominać, że silnik rakietowy to jakiś układ mechaniczny, który jest wrażliwy na ciepło i "nie lubi" zbyt wysokich temperatur.

Do tego dochodzi jeszcze dostępność i cena składników i problemy technologiczne przy wykonywaniu, przechowywaniu, transporcie i użyciu różnych "egzotycznych" paliw, aż w końcu okazuje się, że gra we fluor, beryl i lit nie jest warta świeczki.
W praktyce zatem trzeba rozpatrywać całość zagadnienia i podchodzić do sprawy bardziej inżyniersko i utylitarnie niż czysto naukowo.

Jeśli chcesz kombinować z różnymi składami paliw to polecam program Propep (dostępny za darmo na sieci) - można sobie symulować przeróżne rzeczy i sprawdzać jak się zmienia temperatura, skład gazów i oczywiście impuls w zależności od składu.
Pozdrawiam!

Dzięki za odpowiedź


O silnikach tak jak mówię mam małe pojęcie żeby nie powiedzieć że wcale się na nich nie znam J tak jak pisałem - rakiety zawsze mi się podobały prawdę mówiąc czytałem i oglądałem film ze startu rakiety Hipersonal i tak trafiłem na to forum.. Nieco lepiej idzie mi z chemią



W pełni się zgadzam z tym co napisałeś nie mniej pokusa w dążeniu do doskonałości zawsze pozostaje. Silniki na paliwo ciekle są dla większości amatorów poza zasięgiem koszty problemy są tu niebotycznie wyższe. Podobnie z opisywanym na tym forum silnikiem hybrydowym nie mniej czego się nie robi dla osiągów

Adam pisze:Dlatego wszelkie termity są fatalne jako paliwo rakietowe mimo ogromnego efektu energetycznego (entalpii) reakcji - generują mało gazów, czy też, ściślej - ich gazy spalinowe mają dużą masę cząsteczkową.

To się zgadza zdaję sobie z tego sprawę


Co do teflonu jak najbardziej się nadaje jako bogaty nośnik Fluoru całkowicie mi to umknęło do tego wynikiem reakcji jest wegiel który utleniony daje co2 tj gaz kombinowałbym z czymś innym niż MG gdyż powstały Fluorek magnezy to ciało stałe a jak piszesz chodzi oduży udział produktów gazowych ? Oczywiście z racji tęperatury będą to produkty gazowe ale

co do wartości wydzielanej enrgi z tego co pamietam reakcja AL +Fluor wydziela znacznie więcej energi niż AL+O2 jak się nie myle i dobrze pamietam
przykład reakcji Mg + Teflon przykładowe filmy z YT
https://www.youtube.com/watch?v=sCu3xfq2SX8
https://www.youtube.com/watch?v=YRhmNROtH44

produktami reakcji są węgiel + fluorek magnezu można by to wiec wzbogacić o coś co utleni węgiel Nie mniej coś w tym jest skoro piszą o Berylu tj pył i Fluor w zastosowaniach militarnych . Bardzodużoproduktów gazowych daje nitroceluloza ? z tefo co gidzieś mi tam świta
Nie mniej temat paliw stłych pozostaje ciekawy i znacznie bogatszy niż saletra potasowa i cukier CrO3 + etanol jak sie nie myle 4min 5 sek https://www.youtube.com/watch?v=_HvYJQ5Bofk możliwości jest wiele takjaki pomysłów Propep - brakuje mi wersji 64 bit tego programu
Oczywiście nie mówię tu o zastosowaniu czystych mieszanek dwuskłanikowych czesto rekacja przebiega na tyle szybko że zwyczjanie skończyłaby się wybuchem

Witam.

Policzyłem impuls paliwa Beryl + Fluor, wyszło... max 300Ns/Kg.

Co do karmelki:

Wilgoć karmelki nieraz popsuła mi humor, więc wpadł mi głowy pomysł, aby do karmelki dodać niewielkich ilości CuSO₄ (bezwodnego), w celu związania zawartej/wchłoniętej w ziarno wody.

Bezwodny siarczan (VI) miedzi (II) jest silnie higroskopijny, więc powinien spisać się nieźle, zwłaszcza, że ma nieznaczny wpływ na impuls całego paliwa.

Rozpisałem część reakcji zachodzących w paliwie(w kolejności):

4KNO₃ → 4KNO₂ + 2O₂
4KNO₂ → 2K₂O + 2N₂↑ + 3O₂↑
CuSO₄•5H₂O → CuSO₄• + 5H₂O
2K₂O + 2H₂O → 4KOH
4KOH +2 CuSO₄ → 2 Cu(OH)₂+ 4 K₂SO₄
2Cu(OH)₂ → 2CuO + 2H₂O

CuO ma właściwości utleniające, więc mógłby "dopalać" gazy wylotowe, a z powyższych równań wynika, że woda, będzie uwalniana dopiero w gazach wylotowych.

Wszystkie sugestie mile widziane.

Co do reakcji jak znajdę chwię czasu napisze wiecej podpowiem tyle ludzie mieszają paliwo z utleniaczem w różnych proporcjach które gdzieś tam wyczytali mało kto umie policzyć jaki powinien być tak naprawdę stosunek wagowy substancji użytych w mieszance przykład KNO3 i węgla

Mamy przykładowo KNO3 każdy wie jak to wygląda i każdy mniej więcej potrafi rozpisać reakcję

....... KNO3 + ........ C ---- > K2O + N2 + .........CO2

teraz należy uzupełnić kropkowane miejsca tak aby wszystko się zgadzało czyli

2 KNO3 + 2C ----- > 2K2O + N2 + 2CO2

czyli na dwie cząsteczki KNO3 przypadają dwa atomy węgla. No tak ktoś powie ale ile cząsteczek KNO3 jest w jednym gramie saletry a ile atomów węgla w 1 gramie węgla

(całkiem sporo ) Z pierwiastkami jest bardzo łatwo odczytujemy to z tablic ważne zrozumieć czym jest MOL czyli jednostka w układzie SI
1 MOL to 6,022 ×10²³ atomów jeśli wiec mowimy że coś ma tyle i tyle atomow albo tyle i tyle czastek mówimy po prostu że coś ma tyle i tyle MOLI

np. z węglem 12,01 gram węgla to 1 MOL atomów węgla czyli w 12,01 gramach węgla znajduje się 6,022 ×10²³ atomów węgla

http://pl.wikipedia.org/wiki/Mol

Przykład z glinem zaglądamy do tablic i tu widzimy ze już potrzeba 26 gram AL aby mieć 1 Mol czyli też dokładnie

6,022 ×10²³ atomów glinu

Teraz najciekawsze 12 gram węgla ma w sobie tyle samo atomów co 26 gram glinu ! I to jest prawda zarówno 12 gram węgla jak i 26 gram Glinu mają w sobie taką samą ilość atomów czyli wspomniane 6,022 ×10²³
Przykład z Wodorem jak wiemy wodór łączy się w cząsteczki H2 Wiec zaglądamy do tablic
1,01 *2 = 2,02 bo to cząsteczki H2 więc mnożymy razy 2 i tak w 2,02 gramach wodoru znajduje się 6,022 ×10²³ cząsteczek H2
tak więc jak widać wystarczy zaledwie 2,02 grama wodoru by mieć tyle samo tych cząsteczek co atomów w 26 gramach Glinu lub 12 gramach węgla
ale 2,02 grama wodoru to 2 x 6.022 x 10^23 pojedyńczych atomów H

Adam pisze: Najlepszym możliwym "czynnikiem roboczym" w dyszy jest wodór, wszystkie inne pierwiastki czy związki, mając większą masę cząsteczkową, sprawdzają się gorzej, lub ew. potrzebują większej temperatury do osiągnięcia podobnej wydajności

Do tego dochodzi energia która jest wydzielana lub pochłaniana podczas reakcji pewne reakcje przebiegają z wydzieleniem energii inne z pochłonieciem energii
Ilość energi pochłonietej lub wydzielonej podczas reakcji w której powstaje jeden mol jakiejś substancji (ujemna lub dodatnia - wydzielanie lub pochłanianie energii)

[center]Standarowa entalpia tworzenia[/center][/b]
[center][left]ΔH[/left][left][kJmol][/left][/center]


Zobaczmy
KNO3 liczymy zaglądamy do tablic i liczymy

K + N + 3 *O = 39,1 + 14,01 +3 * 16 = 101,11

Potrzeba 101,11 gram KNO3 aby mieć tyle samo cząsteczek co w 12 gramach węgla
A my potrzebujemy 2 cząsteczki KNO3 na 2 atom węgla w
2 KNO3 + 2C ----- > 2 K2O + N2 + 2CO2 Co daje 202,22 grmam KNO3 na 24 gramy C węgla
lub 101,11 grama KNO# na 12 gramów węgla

jak się nie pomyliłem w oblicznieach o wiele trudniej z jakimiś żywicami itd bo niema wzorów tych cząsteczek aby policzyć proporcje



Jeśli się nie mylę aby wytworzyć związki niżej w ilości 1 Mol należy dostarczyć odpowiednią ilość energii ilość wydzielanej lub pochłanianej energii da się policzyć albo z tablic odzytać

tlenek azotu NO 90,2 KJ/ Mol
dwutlenek azotu NO2 33,92 KJ/Mol
etyn C2H2 ( acetylen ) 226,51 KJ/Mol
metan CH4 -74,78 KJ/Mol

reakcja spalania acetylenu jest bardziej energetyczna niż metanu sam rozkład acetylenu do składowych tj węgla i wodoru wydziela 226,51 Kj / Moldo tego dochodzi reakcja z tlenem która też następuje z wydzieleniem energiiI tak np z organicznych substancji http://www.silesia-it.nazwa.pl/vmc/port ... cznych.pdf

BenzenC6H682,85 KJ/ Mol "ma podobnie bilnas energetyczny dodatni " rozkład na składowe wydziela energię
Styren C8H8 ma 147 KJ/ Mol jeszczewięcej niż benzen ale mniej niż acetylen

Ciekawostka: max impuls dla miesznki KNO₃ + C to około 140 ( proporje 8 do 2).

101,11 grama KNO3 na 12 gramów węgla dalej niemam tego programu więc nie przyjrzę się temu

101,11 gram KNO3 = 12,01 gram C / 12,01
8,41 gram KNO3 = 1 gram C

Stosunek powinien być 8,41 do 1 ( +/- ) a nie 8 do 2 ale sam węgiel i KNO3 nie przejdzie chyba - podałem to jako przykład obliczeń a nie przepis na dobre paliwo
Bilans tlenowy takich proporcji powinien być bliski 0 co powinno przekładać się na największy impuls inne proporcje tj takie w których jest więcej paliwa albo wiecej utleniacza dadzą gorsze wyniki jeśli program mówi inaczej to stawiam kłamie sprawdz impuls dla takich proporcji jakie podalem i porównaj z tym 8 do 2 które podałeś

Twoje proporcje: 88.35 Ns/Kg.
Moje 110 Ns/Kg.

Wiem, wpisałem zły wynik - podałem impuls paliwa opartego o tę mieszankę.

Mówiąc szczerze, nie wiem czemu tak jest, to samo z karmelką... widocznie nie wszystkie substraty przereagowują.
Program jest sprawdzony, liczyłem kilka razy, więc to nie błąd.

Optymalne proporcje karmelki to 65g KNO3 + 35g sacharozy/glukozy/sorbitolu.
Z tego co pamiętam, molowo, też nie jest to 1:1.

Jeśli ktoś zna wyjaśnienie tego zjawiska, chętnie posłucham ( przeczytam).

Pozdrawiam "wrx".