硝糖（KNSU）推进剂的化学数据和以糖为燃料的推进剂和分析
1－前言                              
                                        
2－硝糖（KNSU）推进剂的化学分析及数据
                                        
3－氧化剂，粘合剂，和催化剂            
                                        
4－不同糖类和燃料的分析              
                                        
5－不同氧化剂对燃料的比率            
     1－前言
此报告为懂火箭技术基础和技术词汇的新手和科创论坛准备。报告中概括了传统推进剂-KSNU（硝糖）的化学数据，讨论了氧元素在不同氧化剂的重量比率，和简单的描述的了几个不同的氧化剂，燃料，推进剂，和配方。报告是我英文写的，之后，我又翻译成中文，希望业余火箭技术在祖国越来越受欢迎。
2-硝糖（KNSU）推进剂的化学分析及数据
-焰温
KNSU，硝糖推进器的焰温比有些推进剂低，根据氧化剂对燃料比值，在百分之65硝酸钾对百分之35蔗糖制作的推进剂焰温为1700开尔文，1426摄氏度。此配方同时产生最多气体。这个温度是铁接受的了的温度，要是燃烧时间短的话，铝也可以接受。
理论上，当KNSU，硝糖制作时氧化剂百分比的增加，焰温相对之下也会跟着增加。
燃烧产物
KNSU，硝糖燃料烧出的气体低毒。使用百分之65硝酸钾对百分之35蔗糖制作KSNU推进剂生产出不同的气体为：
  百分比   燃烧产物   形态   化学名称   毒性
   32.87%   蒸汽   气体  H2O   无
17.52%    一氧化碳   气体  CO  少量呼吸无毒
  15.78%    二氧化碳    气体   CO2  少量呼吸无毒
  12.05%    氮   气体   N2  无毒
  11.54% 碳酸钾    流体   K2CO3   低毒
10.35%   氢 气体   H2  少量呼吸无毒
00.96% 氢氧化钾 气体 KOH 毒
  
  
  


使用百分之65氧化剂对百分之35燃料制作KSNU推进剂的燃烧产物中只有K2CO3，碳酸钾，为非气体（液态）。使用结晶方法制作的KNSU，硝糖推进剂可以让大部分K2CO3与气体一起排出（但是非气体不会使燃烧室的压力增加，所以不会增加推力）。非结晶方制作的推进剂将会使燃烧室和喷嘴上留下大量K2CO3，并在冷却后固化，我试过用水冲洗，但是无效。若希望反复利用引擎就最好使用重结晶方法。本人对热熔发不熟悉，所以不确定热熔发制作的推进剂是否可以有效将K2CO3同时推出。如果在阳台处进行小型燃烧试验，应在地板上铺好铝箔并远离，尽量少呼吸燃烧产物。
燃速
燃速对一个推进器无比重要，因为推进剂的燃速将左右火箭的速度，燃室压力，等。太快，就会爆炸，太慢，则达不到有效推力。和很多推进剂一样，KNSU，硝糖推进剂的燃速跟着燃室内部压力增长。一个纯KNSU推进剂在0气压下的燃速是0.2 cm 左右。 可是仅仅在15磅/平方英寸左右（地球表面的气压），燃速翻了一倍！其实你舌头用力压嘴巴都做得到40磅/平方英寸的气压。在200磅/平方英寸左右，燃速翻了5倍，达到了每秒1cm 的燃速。
详细燃速对KNSU，硝糖推进剂的关系如下。注意，不同的氧化剂对燃料比例将会左右推进剂的燃速，所以此关系只针对使用百分之65氧化剂对百分之35燃料制作KSNU推进剂。
燃速
燃速对一个推进器无比重要，因为推进剂的燃速将左右火箭的速度，燃室压力，等。太快，就会爆炸，太慢，则达不到有效推力。和很多推进剂一样，KNSU，硝糖推进剂的燃速跟着燃室内部压力增长。一个纯KNSU推进剂在0气压下的燃速是0.2 cm 左右。 可是仅仅在15Psi 左右（地球表面的气压），燃速翻了一倍！其实你舌头用力压嘴巴都做得到40 Psi的气压。在200Psi左右，燃速翻了5倍，达到了每秒1cm 的燃速。
详细燃速对KNSU，硝糖推进剂的关系如下。注意，不同的氧化剂对燃料比例将会左右推进剂的燃速，所以此关系只针对使用百分之65氧化剂对百分之35燃料制作KSNU推进剂。
吸潮
几乎所有以糖为燃料的推进剂都会吸潮，硝糖也是。要是你晚上把一块硝糖推进剂放在桌子，早上起来你就会发现湿了，这就是吸潮，将空气中的水分吸取。推进剂要是湿了将会影响推进剂的效率，严重的话甚至湿到点燃不了，所有当你制作燃料时，不管热熔还是重结晶，做完了要马上放到一个管子里，用保鲜膜封起来。
自动引燃
硝糖是一种很稳定的燃料，不会在震荡，打击，等情况自动点燃。干的时候，自动点燃的温度在220-240左右，我用作电子将少量加热到220度，半分钟都不到就烧了，使用热熔发的朋友们应该少量的制作。
比冲
硝糖的比冲并不是很高，只有125 左右。和APCP比起来，低了一半。虽然硝糖推进剂不是很强，但是此推进剂制作以来方便，便宜，又安全，是一种很理想的业余推进剂。
3氧化剂，粘合剂，和催化剂
氧化剂
近来很多业余爱好者使用硝糖来做火箭的推进剂，你们有没想过通过寻找更强的氧化剂的替代硝酸钾来增加你的火箭的性能呢？
首先，让我们了解氧化剂—KNO3。
KNO3（硝酸钾）
化学符号   元素名称   相对原子质量  每分子中原子个数   质量分数
K 钾 Potassium 39.09831 1 38.6716  %
N 氮 Nitrogen 14.00672 1  13.8539  %
O 氧 Oxygen 15.99943 3  47.4745  %

  
  
粗略的说，对于氧化剂氧元素的质量分数是很重要的。硝酸钾中氧元素的质量分数约为47.4645%，密度为2.109 g/cm¬3，也就是说氧元素约有1 g/cm¬3。有比这更好的氧化剂吗？当然有！比如说NaNO3，也是一种很容易买到的氧化剂，氧元素质量分数约为56.4720%，密度为2.257 g/cm¬3，氧元素约为1.27 g/cm¬3。比起硝酸钾氧元素质量分数多了9%，每立方米氧元素的质量多了27%。如果你使用的是硝酸钠，则使用的氧化剂与燃料之比应为61% 至 39%。南美有一个很大的硝酸钠产地，如果你住在哪里，为什么要使用硝酸钾而不用更高效的硝酸钠呢？
这还不是最好的氧化剂，比如LiNO3，硝酸锂，氧元素质量分数约为69.6172%，密度为2.38g/cm¬3，这意味着氧元素约为1.65 g/cm，相比硝酸钾，每立方米氧元素的质量要多出65%！。
由此，我们推出LNSU的配方：
55.9%的硝酸锂
44.1%的糖
尽管我从来没有试过这种配方的推进剂，但据报告，硝酸锂具有吸水性，能在不到5分钟的时间内变成一滩烂泥。并且报告中提到LNSU的比冲大约为145，而硝酸钾-蔗糖的比冲约为125左右。
硝酸锂还可以与其他燃料组合，比如环氧树脂，山梨醇，葡萄糖等，并给出了效率更高的硝酸盐。高氯酸锂也可以作为推进剂的氧化剂，但其具有较高的吸水性和毒性。
这是不同的氧化剂的相关数据：
  氧化剂
     密度（g/cm3）
  
硝酸铵  1.725 (氧元素质量59.96% )
高氯酸铵  1.95 (氧元素质量54.47 %)
高氯酸钾  2.5239  (氧元素质量46.2% )
硝酸钾   2.109 (氧元素质量47.47% )
硝酸钠 2.257 (氧元素质量56.47% )
氯酸钠 2.5 (氧元素质量45.09% )
高氯酸钠 2.4994  (氧元素质量52.26% )
过氯酸锂 2.42 (氧元素质量60.15% )
硝酸锂 2.38 (氧元素质量69.61% )
硝酸钡   3.24 (氧元素质量36.73% )
硝酸锶
2.986 (氧元素质量45.36% )
高锰酸钾  2.703 (氧元素质量40.49% )
  Li >NH4 > Na > K > Sr > Ba
要你仔细看了的话，你肯定发现LiClO4（LP）氧化剂的的密度和氧元素质量分数都比NH4ClO4（AP）高。是的，LP 的做的推进剂确比 AP 高，LPCP推进剂甚至可以达到280的比冲以上。可惜 LP 非常吸潮，大量制作难度极高。
注意：千万不能将硫和氯酸盐，高氯酸盐与金属混合，除非是使用了粘合剂。
（2）粘合剂
自从KNSU的发明，人们尝试了许多硝糖的粘合剂和催化剂，这些是已经被证明可行的：
  粘合剂   催化剂
  糖浆  锈铁，氧化铁（Fe2O3）
  5020胶 锈铜，氧化铜（CuO）
蜂蜜   硫粉 （S）
环氧树脂 铝粉 （Al）
聚酯树脂
  

  
  
  
-蜂蜜，糖浆
蜂蜜和糖浆似乎改善了推进剂的硬度，可以有效的让燃料变成一体，让燃料更有弹性，也不会降低比冲。一些业余爱好者加入了很多的蜂蜜和糖浆，例如：65%硝酸钾，20%蜂蜜，15%糖浆。
-5020也有相同的效果，但用量更少。
-环氧树脂
环氧树脂可以用来当粘合剂，也可以完全作为燃料。实用环氧树脂和氧化剂的推进剂称为RNX，RNX的燃速很慢，所以使用环氧树脂做粘合剂的朋友们需要考虑燃速减慢对发动机的影响。我有时候可会加少量环氧树脂来减慢火箭的燃速。RNX能直接转化为气体，但是很多硝酸钾保持固体颗粒状，因此效率要比KNSU来的低。它的比冲约为115。
-聚酯树脂
2010年5月，有一名实验者证明了聚酯树脂可以作为燃料或粘合剂。此燃料还没有被仔细探索。
（3）催化剂
锈铁
锈铁，Fe2O3，对硝糖推进剂是一个很好的催化剂，它不仅加速了硝糖的燃速，而且还不会影响比冲。
一般使用者在重结晶快干时，添加2%的Fe2O3来加速硝糖的燃速。因为锈铁不会在水里溶解，在加之前必须磨成很好的粉末在加到燃料里。
锈铜
锈铜CuO的使用很少，也不会明显增加燃速，但是锈铜可以使一个推进剂的火焰变成蓝绿色。
以为实验者使用70%KClO4，30%葡萄糖，外加1% 锈铜的一个燃烧测试。可以明显看到蓝绿色的火焰。
硫
硫其实不是特别好的催化剂，燃速几乎没有增加，理论上比冲也会下降。要是添加硫的话，最好也加铝粉或者锌粉。
铝粉
但因为铝会保持液态，所以不会提供推力。许多业余爱好者加入少量铝粉，使的火箭拥有一个闪亮的火焰轨迹。
不同糖类和燃料的分析
可以做硝糖的糖类有很多。使用最多的是蔗糖，葡萄糖，和山梨糖醇。糊精，果糖，半乳糖，也可以用，但是相关信息很少，此类的燃料也很难找到。燃料更是说不清了，比如环氧树脂，硫+木炭，抗坏血酸，等。蔗糖
蔗糖（C12H22O11）是3重糖里燃速最快的糖。也是最简单找到，最便宜，最容易制作的硝糖燃料。蔗糖和硝酸钾制作的推进剂可以达到125左右的比冲和1420度左右的燃温。蔗糖的大部分信息上面写过了。
葡萄糖
葡萄糖（C6H12O6）和半乳糖，果糖很类似，但是不能直接和硝酸钾混合，我们在超市买的葡萄糖大部分都是一水葡萄糖。一水葡萄糖直接和硝酸钾混在一起的话比冲特别底。纯的葡萄糖和蔗糖一样可以达到125左右的比冲。蔗糖比葡萄糖的燃速快了一倍，但是在火箭的燃室内，超过100Psi后，一直往上，葡萄糖差不多只比蔗糖慢0.3 cm。
一水葡萄糖很简单就可以变成纯的葡萄糖。将你的一水葡萄糖在1个90度的电子锅上炒一到二个小时就变纯了。
使用葡萄糖热熔发比蔗糖简单，因为葡萄糖的熔点比蔗糖底很多，但是也不能太热，不然葡萄糖会分解的。山梨糖醇
山梨糖醇的燃速和葡萄糖差不多。但是山梨糖醇比葡萄糖还慢。山梨糖醇和硝酸钾的制作方法很麻烦也很难在超市找到。有研究报告说山梨糖醇和硝酸钾的比冲在130左右。比普通的硝糖高了一点点。
环氧树脂
是很好的燃料，使用环氧树脂和硝酸钾的推进剂被称为RNX。RNX的比冲是在115左右，比硝糖底。
抗坏血酸
抗坏血酸（C6H8O6）也是维他命C。和硝酸钾的制作的燃料叫做‘金粉’。因为燃烧时候，有个很大的黄金火焰。此推进剂的燃速特别快，类似黑火药，比冲在110左右，比火药好。我本人试过这个配方，金粉不能使用热熔，重结晶也不能烧到干，因为太容易点燃了。使用抗坏血酸个硝酸钾推进剂的配方是60%硝酸钾 和40%抗坏血酸。使用这个推进剂，重结晶的时候必须在大部分水蒸发完之后，放在70度左右的盘子或炉子里，直到水分蒸发。金粉的好处就是烧完后，留下来的产物可以用水洗去，而黑火药或者硝糖产出的K2CO3，在冷却后无法被洗掉。
黑火药
黑火药的制作很简单，把硫，木炭，和硝酸钾磨成粉，然后混在一起。燃速特别快。黑火药的氧化剂对燃料比例很多，70%硝酸钾，20%木炭，10%硫。
不同氧化剂对燃料的比率
糖类为燃料
65% KNO3 比冲：125
35% 糖类
61% NaNO3 比冲：131
39% 糖类
56% LiNO3 比冲 145
44% 糖类
62% NH4ClO4 比冲：140
38% 糖类
59% NH4NO3 比冲：133
41% 糖类
66% NaClO3 比冲：124
44% 糖类
75% KClO3 比冲：115
25% 糖类
61% NaClO4 比冲：135
39% 糖类
66% KClO4 比冲：130
34% 糖类
75% Ba(NO3)2比冲：100
25% 糖类
别的常见的推进剂。
RNX（RNX被发现后在各国都很受欢迎）比冲：115
70% 硝酸钾 22% 环氧树脂 8% 氧化铜
BP（大部分烟花和炮仗都使用BP，黑火药）比冲：90
75% KNO3
15% 木炭
10% 硫
金粉（和BP类似但是比BP更好）比冲：110
60% KNO3
40% 抗坏血酸
75% KClO4（美军1960年代的导弹推进剂）比冲：185
25% 精炼固态柏油
69.6%高氯酸铵（效率特高的推进剂，理论上使用LiClO4的比冲可以达到280）比冲：250
12% HTPB或PBAN
2%环氧树脂
0.4%铁氧化物                                                                  16%铝
70% KClO3 （哨子推进剂，燃烧时候发出类似吹哨子的声音）比冲100
30% NaC6H5CO2
又名叫ZnS 的推进剂是上个十几业余火箭者使用次数很多的推进剂，此燃料喷出的尾焰和烟特别漂亮。此推进剂的制作很简单，只要磨成粉后混在一起就可以了。此推进剂是化学反应而不是氧化剂和燃料的燃烧。
67% Zn 比冲：50
33% 硫