【水】【原创】给密度嗑点药——往几种推进剂里加水与甘油以提升推进剂密度比冲的理论计算
邢珈凡
潍坊文华学校,中国 山东 潍坊市
1544544962019/07/28原创 极客DIY IP:河北
关键词
液体推进剂密度比冲

@浪里黑条 的某个帖子里,@314152 提出了往推进剂里加入甘油以提升其密度比冲的想法,我感觉这想法有点意思,趁着今天稍有点闲心,简单算一下。

计算四种推进剂组合:液氧-乙醇-水(固定液氧与乙醇的混合比2.5),液氧-乙醇-甘油(固定液氧与燃烧剂混合比2.5),硝酸-无水肼-水(固定硝酸与无水肼混合比1.3),硝酸-无水肼-甘油(固定硝酸与燃烧剂混合比1.3)。燃烧室压力8MPa,喷管出口压力100kPa,下面分别用平衡流计算比冲,密度比冲与燃烧温度数据。


液氧-乙醇-水组合:


乙醇-水比例密度比冲(gs/cm^3)
燃烧温度(K)
正无穷(对应无水酒精)298.01
3695
11.5(对应92酒精)
295.87
3642
3(对应75酒精)290.463486

可见,往这一体系的推进剂里掺水无论是降温还是提高密度都是赔本赚吆喝的行为,似不值得,但是不知温度降200多K发动机散热压力能小多少?


液氧-乙醇-甘油组合:

乙醇-甘油比例比冲密度比冲燃烧温度
9:12963053972
8:2294307
3949
6:4290
311
3900
4:6285
3143843
2:82803183778
02753223704

这次模拟的某项参数似与上次不一致,所以只适合做组内对比。从数据看,虽然比冲有一定下降,但是燃温也下降了且密度比冲一路飙升。这对于刚刚起步(导致推进剂占体积低且防热不到位)的小液体火箭是重大好处,唯一不好就是甘油得玄学粘度很难处理。


硝酸-无水肼-水组合:在仿真时突然发现肼和硝酸的密度都大于水,所以掺水不但不会增加其密度比冲,反而会同时降低其比冲与密度比冲。不过往二乙烯三胺里掺水或许可能在密度比冲不变(甚至略有改善)的情况下降低其粘度,具体仿真暂时不做。


硝酸-无水肼-甘油组合:

甘油占燃烧剂比冲比冲密度比冲燃烧温度
0%2813362951
10%274
3282887
20%265
3172745
30%247
2952470
40%2262702136

在仿真过程中,突然发现往里掺甘油反而拖低密度,又加上甘油耗氧量大,导致推进剂在这一混合比下不能完全燃烧,所以比冲与密度比冲暴跌。不过我注意到一个有意思的现:掺10%甘油的无水肼的比冲与密度比冲类似于液氧-甘油的比冲与密度比冲,但是温度低了将近1000K


总结:除非推进剂里有可以和水反应的物质,不然掺水的推进剂就是废物(至少从能量特性上看是如此),但是甘油则不然,加入甘油可以有效降低燃烧温度,同时提高密度比冲,如果其粘度问题得到良好的解决,液氧甘油体系和硝酸无水肼甘油体系有望在推进剂体积占比较小的火箭中得到广泛应用。当然提高密度不只有这一种方法,用HDA,掺铝粉,让某一组分在半固体状态下存储都是可行的方案,但是掺甘油明显更容易。其实或许粘度问题不是那么严重,比如我们可以魔改喷注器并增加挤压压力以改善问题,还可以先让推进剂气化再进入燃烧室燃烧,类似的方法应该不少。

一千来字,随随便便就超过了一篇作文,望大家支持并且积极讨论。

[修改于 4年8个月前 - 2019/07/28 22:14:29]

来自:综合交流区 / 极客DIY
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~~空空如也
154454496 作者
4年8个月前 IP:河北
861530

疯啦!我cpropep炸了!吃了饭看看能修好再搞。

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154454496作者
4年8个月前 IP:山东
861544

总算写完了,好累,睡了~

(我现在在高速公路上闲着没事写的文章,几点到家还难说。)

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154454496作者
4年8个月前 IP:内蒙古
861566

没人看吗?

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虎哥
4年8个月前 IP:四川
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昨天看过了,资瓷。

其实液体粘度大了不太好雾化。

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浪里黑条
4年8个月前 IP:内蒙古
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甘油的主要问题是粘度实在坑爹,别说雾化喷嘴,连过注射器都有点费劲。。。

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炸鸡淇
4年8个月前 IP:广东
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用高速气体雾化如何?用液氧气化后喷入燃烧室前先接触液态甘油,用气化的氧气把把甘油冲成雾状,再一起入燃烧室进行燃烧如何?

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154454496作者
4年8个月前 IP:山东
861617

今天上午又算了一批推进剂,一会发出来~

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