Könnten flüssige Alkalimetall-Brennstoffe für Ramjet-/Scramjet-Antriebe verwendet werden?

Insbesondere denke ich an Lithium, aber auch Natrium könnte in Betracht gezogen werden.

Lithium hat ein niedriges Molekulargewicht, eine sehr hohe Treibmitteldichte und einen niedrigen Schmelzpunkt. Bei ausreichend hohen Temperaturen (über 500 Grad Fahrenheit) entzündet es sich spontan an der Luft mit explosiver Kraft.

Ein Lithium-Scramjet / Ramjet würde eine Bordstromversorgung benötigen, um den Kraftstoff zu verflüssigen und ihn dann in die Brennkammer zu pumpen. Die Idee ist, dass die Brennkammer heiß genug sein müsste, damit die Lithiumtröpfchen schnell verdampfen und sich entzünden, wodurch das Gemisch hypergolisch wird.

Ich bin überrascht, dass ich keine aktuelle Forschung und Entwicklung zu Alkalimetallbrennstoffen für Raketenantriebe (geschweige denn Hyperschallantriebe) gefunden habe. Es scheint mir, dass exotische Treibstoffe absolut notwendig sein werden, um Hyperschallflüge mit größerer Reichweite zu ermöglichen.

Die Energie pro Gewichtseinheit von Lithium ist tatsächlich die Hälfte von Düsentreibstoff. Vielleicht hast du mit Alu mehr Glück. Technisch ist es nicht allzu schwierig, da der feste Staustrahl bereits fertig ist, Sie fügen dem Basiskraftstoff Metall hinzu.
Wasserstoff hat eine so hohe Energiedichte wie alles andere, dass Kohlenwasserstoffe nahezu ideal sind, weshalb sowohl Kerosin als auch Methan als sehr gute Raketentreibstoffe gelten.
@ user3528438 Aber es hat eine sehr geringe physikalische Dichte. Aus diesem Grund ist es aufgrund des Gewichts und Volumens eines ausreichend großen Kraftstofftanks für die Verwendung als Kraftstoff unpraktisch. Flüssiges H2 ist kryogen, was aus Sicht des Space Shuttles seine eigenen Probleme hat.
@ user3528438: Zum Beispiel die Feststoffraketen-Booster des Space Shuttles, die Aluminiummetall mit einem Ammoniumperchlorat-Oxidationsmittel verwendeten.

Antworten (1)

Wie lange braucht das Lithium, um zu verdampfen und dann mit Sauerstoff zu reagieren? Luft in einem Scramjet bewegt sich extrem schnell (per Definition Überschall!), sodass nur sehr wenig Zeit zum Mischen und Verbrennen bleibt, wenn Sie Schub aus der Verbrennungswärmeenergie erzeugen möchten.

Ihr Lithium-Motor wird höchstwahrscheinlich einem hellen Kondensstreifen aus brennendem Lithium folgen, aber eher wenig Schub entwickeln. Die hohe Flammengeschwindigkeit einer Mischung aus Wasserstoff und Sauerstoff macht Wasserstoff zum bevorzugten Scramjet-Kraftstoff.

In diesem Fall wäre es besser, es zu einem Staustrahl zu machen, bei dem die Brennkammertemperatur > 2000 Grad Fahrenheit beträgt. Wasserstoff hat eine geringe Dichte und dies macht ihn für die Verwendung in einem Staustrahl/Scramjet nicht sehr praktisch. Um so etwas wie Lithium zu verwenden, wären Unterschall-, Druckluft-, Heizluft und möglicherweise Zündkerzen erforderlich, um die Lithium-Kraftstofftröpfchen schnell zu verdampfen und zu entzünden.
@Mr X, du denkst gut, betrachte Wasserstoff einfach als Metall! Überprüfen Sie nun die für die chemische Verbrennung verfügbaren Elektronen im Vergleich zum Gewicht. Das Verflüssigen hilft beim Dichteproblem. Aber sie verwenden Aluminium in festen Brennstoffmischungen ziemlich effektiv.
@RobertDiGiovanni Das tue ich auf jeden Fall. Flüssiger Wasserstoff ist jedoch kryogen, was bedeutet, dass der Tank isoliert werden muss, was zu Größe und Gewicht beiträgt. Lithium ist viel reaktiver als Aluminium.
Es gibt einige gute Diagramme bei Google über Mj-Energie pro kg verschiedener Elemente und auch über die Energiedichte. Was PK über das Mischen und die Brennzeit in einem sehr kurzen Zeitrahmen gesagt hat, berücksichtigt, kein Problem beim Verdampfen von flüssigem H2. Kryotechnik kann auch verwendet werden, um die Verbrennungskammer vor der Einspritzung zu kühlen. Aber ein Lithium-Solid-Booster ist interessant.
Natürlich, wenn Sie den Brennstoff mit einer Detonationswelle verbrennen (die eine Geschwindigkeit hat, die ein paar Größenordnungen höher ist als die einer schwachen Flammenfront) ...
Könnten flüssige Alkalimetall-Brennstoffe für Ramjet-/Scramjet-Antriebe verwendet werden?
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