Könnten abriebfeste Turbinenschaufeln aus Keramik mit hoher Dichte die Verwendung von Boran-Brennstoffen ermöglichen?

In den späten 1950er Jahren suchte die US Air Force nach einem Treibstoff mit ähnlichen Eigenschaften wie Düsentreibstoff, aber mit einer höheren Energiedichte, die eine größere Flugreichweite für Bomber ermöglichte. 1947 hatten die Briten entdeckt, dass elementares Bor der ideale Ersatz für Kohlenstoff ist, da es eine geringere Bindungsdissoziationsenergie hatte, was zu einer höheren Verbrennungswärme führte, 68 MJ/kg gegenüber 42,8 MJ/kg für JP-4. 1

Pentaboran B5H11 erwies sich als instabil, daher wurde B5H9 verwendet, da es eine viel bessere Stabilität besaß. Pentaboran B5H9 schnitt in Turbostrahlbrennern gut ab, aber es wurde festgestellt, dass Emissionen von festen Borpartikeln bei der Verbrennung eine starke Erosion der Hochdruckturbinenschaufeln verursachten. Ist es möglich, dass neue Turbinenschaufeln aus Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen mit höherer Dichte und Abriebfestigkeit dieses Problem lösen könnten?

1 Frietas 2018 Handbuch der Energiedichte Robert A. Freitas Jr., „Energy Density“, IMM Report.

Diese Antwort deutet auf mehr Nachteile als nur Abrieb hin.
warum würdest du das annehmen? 60 % mehr Flugreichweite klingt wünschenswert oder?
Hier gibt es einen Hyperlink zu einem Beitrag, ich beziehe mich nicht auf die von Ihnen erwähnte Energiedichte. Aus diesem Link: "Erhebliche Nachteile wie die Neigung zur Selbstentzündung in Gegenwart von Luft und die Ansammlung fester Verbrennungsprodukte auf Turbinenschaufeln, die schließlich zum Ausfall des Triebwerks führen. Die Kraftstoffe sind ebenso giftig wie die Verbrennungsprodukte."
das ist, was ich gesammelt habe, es ist meistens negativ. Ich hatte verstanden, dass Abrieb das größte Problem war, nicht die Ansammlung von festem Material. Bedeutet dies, dass der Treibstoff nur in Raketentriebwerken oder Staustrahltriebwerken praktikabel ist?
Ich fürchte, ich weiß es nicht, ich habe nur auf einen verwandten Beitrag mit relevanten Informationen hingewiesen.
Danke. Ich nehme an, Boran könnte ein guter Treibstoff für den Reaction Engines Skylon sein, da es sich um einen herkömmlichen Raketenmotor handelt, aber mit einem Vorkühler und nicht mit einem Oxidationsmittel an Bord.
Was wäre, wenn zwei Turbinenabschnitte konstruiert und Hochdrucksand oder eine Art Flüssigkeit eingespritzt würden, um die Turbinenschaufeln von Materialansammlungen zu reinigen, und kontinuierlich umgeschaltet würden?

Antworten (1)

Borantreibstoffe sind für ein Mehrzweckflugzeug nicht praktikabel, vor allem weil es keine natürlich vorkommenden Quellen gibt, aus denen sie leicht gewonnen werden könnten. Dies schließt sie kommerziell aus und hat einen militärischen Nachteil, da sie nicht in der Lage sind, lokale Lieferketten zu nutzen.

Beachten Sie, dass der Boran-Kraftstoff des XB-70 zusätzlich zu Kerosin für einen Hochgeschwindigkeitssprint mitgeführt werden sollte. Obwohl sie zu mehreren Flügen fähig sind, wäre der militärische Zweck von Atombombern in einer einzigen Mission erfüllt worden.

Moderne Turbinen werden mit engeren Toleranzen gebaut als die der 1960er Jahre. Dies würde einen Kraftstoff, der feste Partikel ablagert, wie Pentaboran, eher zu einem Problem machen, nicht weniger.

Diese Überlegungen beschränken Pentaboran im Wesentlichen auf einfachere und Einwegmotoren, die dies tolerieren können, wie z. B. Raketen.

Die Tatsache, dass keine Weltraummissionen Pentaboran verwendet haben, selbst wenn es nichts kostete und zerstört werden musste , legt nahe, dass seine Toxizität und die nahezu unmögliche sichere Handhabung im industriellen Maßstab seine Vorteile selbst bei solchen Anwendungen überwiegen.

Um das Papier zu zitieren,

Beim Lesen über Pentaboran bedeuteten ein TLV von 0,005 ppm und Hinweise, dass es über einen weiten Bereich von Sauerstoffkonzentrationen pyrophor ist, dass es sich um ein giftiges Material handelte, das sehr leicht entzündet werden konnte. Was aus diesen Zahlen und quantitativen Daten schwer zu verstehen ist, ist, dass Pentaboran genauso giftig ist wie einige der Nervenkampfstoffe unserer Nation und in Atmosphären mit nahezu Sauerstoffmangel spontan in anhaltende Flammen ausbrechen wird.

Exotische und hochgiftige Brennstoffe wie Hydrazin sind Raumfahrzeugen nicht fremd . Pentaboran erwies sich jedoch als auf einer anderen Ebene schwierig. Es ist auch nicht so leistungsfähig wie Wasserstoff oder der Rekordhalter Li-F2-H2-Tritreibstoff, der aus ähnlichen Gründen ebenfalls nicht verwendet wird.

Könnten abriebfeste Turbinenschaufeln aus Keramik mit hoher Dichte die Verwendung von Boran-Brennstoffen ermöglichen?
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