Kann Zinkpulver als NTR-Treibmittel verwendet werden?

Der ISP eines Treibmittels ist wichtig, wenn die Masse der begrenzende Faktor ist; Beim Raketenstart ist dies jedoch nicht unbedingt der Fall. Für den ersten Teil des Fluges ist auch die Dichte des Treibmittels wichtig.

Höhere Dichte → mehr Treibstoff im selben Tank → höheres Massenverhältnis → mehr Δ v

Ein besseres Maß für die Treibmittelleistung für die ersten km/s ist daher der Dichteimpuls . Es ist leicht zu erkennen, dass die extrem niedrige Dichte von flüssigem Wasserstoff (70,8 kg/m³) Methan, Ammoniak und Wasser als NTR - Treibmittel in der Anfangsphase des Fluges übertrifft.

Auf der Suche nach einem noch besseren Dichteimpuls habe ich versucht, hochdichte Metalle mit einem ausreichend niedrigen Siedepunkt zu finden. Quecksilber und Zink stellten sich als mögliche Kandidaten heraus. Aus irgendeinem Grund habe ich ein bisschen Angst vor glühend heißem, verdampftem, radioaktivem Quecksilberregen, also wähle ich stattdessen die sofortige Galvanisierung. Zink hat einen hervorragenden Dichteimpuls. Bei geschätzten 130 s ISP impliziert die Dichte von 7140 kg/m³ einen Dichteimpuls, der 15-mal besser ist als der von Wasserstoff und mehr als doppelt so hoch wie der von Wasser. Da der Schub bei gleicher Reaktorleistung umgekehrt proportional zur Abgasgeschwindigkeit ist, verleiht dies der Rakete außerdem ein besseres Verhältnis von Schub zu Gewicht.

Aber Zink ist keine Flüssigkeit, also frage ich mich, ist es möglich, eine Mischung aus Zinkpulver und Wasser oder Ammoniak als Treibmittel zu haben? Ist es möglich, eine solche Mischung durch den Motor zu pumpen und zu verhindern, dass der Reaktor verstopft? Kennen Sie diesbezügliche Untersuchungen?

Ausgearbeitetes Beispiel für Dichteimpuls:

Beispielrakete:

Trockenmasse: 10.000 kg Tankvolumen
: 100 m³

Beispieltreibstoffe:

Wasserstoff

Abgasgeschwindigkeit: 9000 m/s Dichte: 70,8 kg/m³

Δ v = 9000 m / s ∗ l n ( 10 , 000 k g + 100 m ³ ∗ 70.8 k g / m ³ 10 , 000 k g )

= 4818 m / s

Wasser

Abgasgeschwindigkeit: 4000 m/s Dichte: 1000 kg/m³

Δ v = 4000 m / s ∗ l n ( 10 , 000 k g + 100 m ³ ∗ 1000 k g / m ³ 10 , 000 k g )

= 9592 m / s

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Sie können jede Diskussion über die Machbarkeit der Verwendung von NTRs oder mögliche Vorteile eines Impulses mit hoher Dichte aus Ihrer Antwort auslassen.

Was ich wirklich wissen möchte, ist, ob es möglich ist, Metallpulver gemischt mit Wasser, Ammoniak oder Methan durch einen Motor zu pumpen. Wenn es möglich ist, wie hohe Konzentrationen an Metallpulver kann ich haben und kann es trotzdem pumpen?

Kennen Sie diesbezügliche Untersuchungen? Ja, John D. Clarkes Zündung! Eine informelle Geschichte flüssiger Raketentreibstoffe . Seite 177 (Kapitel High Density and the Higher Dummheit ) erwähnt Quecksilber und Seite 9 verwendet Diethylzink, um einen hypergolischen Motorstart zu erreichen. Allerdings nicht als Hauptbrennstoff.
@Hennes Das hat die Frage ausgelöst :) Ich frage mich, ob Zink auf ähnliche Weise verwendet werden kann. (in einem NTR)
Drei mögliche Komplikationen: Neutronik, örtliche Abkühlung, Strahlungssicherheitsbeschränkungen beim Gehen mit einem heißen NTR auf der ersten Stufe.
Sie können das Problem „Zink ist ein Feststoff“ umgehen, indem Sie einen Kühlmittelkreislauf vom Reaktor zum Zinktank haben, der das Zink schmilzt, bevor Sie es verwenden.
Was ist los mit "glühend heißem, verdampftem, radioaktivem Quecksilberregen"? HA...
Meine sofortige erste Reaktion ist "Hey, klingt großartig für einen Hybridmotor !" - und ja, es sieht sehr vielversprechend aus. Ich weiß nicht, ob festes Zink funktionieren würde, aber das Anreichern des Gummis mit Zink sollte durchaus machbar sein. Leider nimmt LH2 trotz seiner geringen Dichte erheblich weniger Volumen ein als das erforderliche LOX - 1/6 mit "idealer Verbrennung", um genau zu sein. Wenn Sie also erhebliche Volumeneinsparungen wünschen, denken Sie an Impulsoxidatoren mit besserer Dichte!
@SF. Die Verwendung eines NTR ist so etwas wie das Entfernen des Oxidationsmittels ...
@Hohmannfan: Ah, ja, stimmt. Schade, dass niemand in absehbarer Zeit Kernreaktoren fliegen will.
Übrigens, ich würde mir Zink als NTR-Brennstoff eher nicht als Pulver vorstellen, sondern als definitiv festen Metallblock. Drücken Sie es einfach gegen den Reaktor, so dass es schmilzt, der Block übt Druck (wirkt als Kolben) auf geschmolzenes Zink aus, das dann tiefer durch den Reaktor fließt, kocht und mit hohem Druck ausgestoßen wird. Zusätzliche thermische Steuersysteme könnten verwendet werden, um den Reaktor zu drosseln, während das schmelzende Zink sowohl primäres Kühlmittel als auch Treibmittel wäre.
@SF, Metalladditive (Aluminium funktioniert am besten) sind bei Hybriden nichts Neues, aber sie neigen dazu, die Probleme mit der Verbrennungsstabilität zu verschlimmern. Ein solider Zinkblock hätte bei weitem nicht die erforderliche Regressionsrate.
NTR sind keine Startmotoren (siehe Kommentar von Deer Hunter), daher ist die Dichte nicht so sehr ein Problem, sondern das Gewicht. Das große Molekulargewicht von Metallen tötet Ihren ISP. => Schlechte Idee, bleib bei Wasserstoff.
@DeerHunter: Sie haben den Zinkschnee vergessen, zu dem das verdampfte Zink kondensiert. Das wird ein fröhliches Chaos mit allen elektrischen/elektronischen Dingen in der allgemeinen Umgebung des Startzentrums anrichten.

Antworten (1)

Ich schlage vor, Sie schauen sich die Chemie von Tonschlicker und Schlämmen an. Zum Beispiel ist Porzellanschlicker sehr flüssig und kann durch Verteilungskanäle in Formen fließen, um feine Merkmale zu bilden, und erstarrt dann als schwacher Feststoff, nachdem er nur eine kleine Menge Wasser an die poröse Form verloren hat. Der Wasseranteil ist ziemlich gering, wobei die flüssigen Eigenschaften von der sorgfältigen Kontrolle der Eigenschaften des Porzellantons und einem kleinen Prozentsatz an Tensiden und Schmiermitteln stammen.

Mit einem Wort, ja, Sie können eine flüssige Aufschlämmung bei Raumtemperatur haben, die aus einem teilchenförmigen Feststoff, Schmierverbindungen und einem ziemlich kleinen Prozentsatz an Wasser oder einer anderen Trägerflüssigkeit besteht. ABER Sie haben Probleme mit Setzungen und Verstopfungen. Da der Wassergehalt so gering ist, führt jede Stelle, an der Sie einen Dichtegradienten fahren, wie z. B. in einem Rohrkrümmer, dazu, dass sich Feststoffe absetzen und eine Verstopfung bilden.

Wenn Sie eher flüssige Metalle als eine bestimmte Aufschlämmung in Betracht ziehen, gibt es einige Blei-Wismut- und Zinn-Wismut-Legierungen, die bei oder unter 170 °C schmelzen. Zinkgusslegierungen schmelzen um 720 ° F.

Ich dachte, Sie wären verrückt, die Idee des Dichteimpulses voranzutreiben, bis ich mich daran erinnerte, dass Aerojet die Schubverstärkung der 1. Stufe in einem (simulierten) NTR unter Verwendung von LOX-Injektion am Düseneinlass demonstrierte. Großer Schub/Gewicht für den ersten Teil des Fluges, dann Wechsel in einen Modus mit hohem ISP, niedrigem Schub/Gewicht, sobald das schwere Massenadditiv aufgebraucht ist, wobei sehr wenig parasitäres Tankgewicht verbleibt.

Kann Zinkpulver als NTR-Treibmittel verwendet werden?
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