Wie hatte der kerosinverbrennende Black Arrow einen transparenten Auspuff? (scheint auf Fotos nur zu "schweben")

Kerosin + LOX-Raketen haben große, helle Abgasfahnen, zumindest in der Atmosphäre; zweite Stufe sind eine andere Sache: Warum ist die Flamme der zweiten Stufe der Falcon 9 (fast) unsichtbar?

Aber der kerosinverbrennende Schwarze Pfeil sieht für mich insofern gespenstisch aus, als er über dem Boden zu schweben scheint. Erst nach sorgfältiger Inspektion kann ich auf dem Foto unten ein schwaches Auspuffglühen darunter erkennen.

Frage: Wie hatte der kerosinverbrennende Black Arrow einen transparenten Auspuff? Was hat es mit der Chemie auf sich, die die Kerosin-Abgasfahne fast unsichtbar macht?

Aus der Antwort von @ PearsonArtPhoto auf Wurde eine Rakete von einer flachen Oberfläche in die Umlaufbahn gestartet?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Aus Norbert Brügges West_Europe/BlackArrow/Gallery (aus Space Launch Vehicles ):

Aus Norbert Brügges West_Europe/BlackArrow/Gallery http://www.b14643.de/Spacerockets_1/West_Europe/BlackArrow/Gallery/Arrow.htm

Es benutzte kein Kerosin, es benutzte Angst vor Spinnen und Schlangen!
Ich denke, das ist wahrscheinlich nicht vollständig zu beantworten, ohne die Mischungsverhältnisse zu diskutieren. Eine (langkettige) kohlenwasserstoffreiche Flamme wird ziemlich hell sein, aber eine magere Flamme wird irgendwo zwischen unsichtbar und blau sein.
Wie üblich ist Belichtung alles; Dieses Video enthält ein kurzes Stück Farbmaterial des R0-Testflugs (um etwa 5:40 Uhr) , das eine deutlich sichtbare, wenn auch blasse Abgasfahne zeigt.
@RussellBorogove danke für den Link. Ironischerweise gibt es Farbvideos für das Scheitern, aber nur Schwarzweiß für den Erfolg. Diese Rolloszillation war sehr interessant.
@RussellBorogove ausgezeichnetes Video, eines ihrer besten!
BBC: Prospero: Suche nach 50 Jahre altem britischem Weltraumschrott hat eine deutlichere Kopie des Fotos

Antworten (2)

Typischerweise laufen Kerosin-LOX-Motoren kraftstoffreich, mit einem Oxidationsmittel:Kraftstoff-Massenverhältnis von etwa 2,5:1 (im Vergleich zu 3,5:1 bei vollständiger Verbrennung), wodurch erhebliche Mengen an unverbranntem Kohlenstoffruß im Abgas zurückbleiben, das gelb leuchtet es verbrennt mit Sauerstoff in der Atmosphäre .

Das Massenverhältnis von Oxidationsmittel zu Brennstoff für die vollständige Verbrennung von Kerosin mit Wasserstoffperoxid beträgt etwas mehr als 7:1 (variiert mit der genauen Formulierung des Brennstoffs).

Die Gamma-8-Motoren des Black Arrow liefen jedoch magerer als die meisten Kerosinmotoren mit einem Oxidationsmittel-Massenverhältnis von 8: 1. Das Oxidationsmittel war Wasserstoffperoxid mit einer Konzentration von 85 % (dh 15 % Wasser), so dass das tatsächliche Verhältnis immer noch leicht kraftstoffreich wäre, aber im Vergleich zu den meisten Kerosin-LOX-Motoren wäre viel weniger unverbrannter Kohlenstoff im Abgas, daher wenig externe Verbrennung , und keine hellgelbe Wolke.

Wie hat es das überlebt? Ich mag die Beschreibung wirklich, auf die ich einmal gestoßen bin – wenn ein Raketentriebwerk sauerstoffreich betrieben wird, läuft es tendenziell triebwerksreich. Oder läuft dieser Motor so kühl, dass er nicht durch den Sauerstoff zerstört wird?
Meine erste Antwort war Äpfel-zu-Orangen; Ich habe eher das stöchiometrische Kerosin-LOX-Verhältnis als das Kerosin-H2O2-Verhältnis in Betracht gezogen. Da das Oxidationsmittel zu 85% aus Peroxid besteht, läuft der Motor meines Erachtens immer noch ein wenig kraftstoffreich.
@LorenPechtel, es läuft definitiv kühler als ein stöchiometrischer LOX-oxidierter Motor. Chemische Reaktionsgeschwindigkeiten neigen dazu, exponentiell von der Temperatur abzuhängen. Selbst wenn die Rakete mit voller Motorleistung gelaufen wäre , hätte die kühle Temperatur sie möglicherweise akzeptabel gemacht. (Diese Motoren sind schließlich nicht wiederverwendbar, es reicht aus, wenn sie ein paar Testzündungen und den eigentlichen Start überstehen.)

Ich denke , Bristol Siddeley Gamma von Wikipedia ; Vorteile von Kerosin-/Peroxidmotoren können Licht ins Dunkel bringen.

Die Verbrennungsformel von Kerosin und Wasserstoffperoxid lautet

C H 2 + 3 H 2 Ö 2 → C Ö 2 + 4 H 2 Ö ,

und Sie können sehen, dass das Abgas hauptsächlich aus Wasser besteht, was zu einer sauberen, transparenten Flamme führt und aufgrund seiner niedrigen Molekülmasse die Schubleistung erhöht.

Auf der anderen Seite unterscheiden sich LOX und Kerosin aufgrund der Verbrennungsformel

C H 2 + 1.5 Ö 2 → C Ö 2 + H 2 Ö

mit viel weniger Wasser als Abgas.

Auch das Weltraum-Startup Skyrora verwendet die gleiche Kombination wie die Black Arrow, ihre Rakete brennt jedoch nicht so sauber. Ich denke, das liegt daran, dass der schwarze Pfeil ein Massenverhältnis von Oxidationsmittel zu Kraftstoff von 8: 1 hat, während Skyrora ein Verhältnis von 6: 1 verwendet. Dies wird in Russells Antwort ausführlicher erläutert .

@duck Reinwasserabgase von H2 / O2-Motoren haben ein hellblaues Leuchten. Da muss also mehr dahinterstecken als die Wassermenge.
Könnte es etwas damit zu tun haben, dass der Katalysator das hochgradig getestete Peroxid zersetzt? Es erzeugt eine viel niedrigere Temperatur als Kerosin und LOX.
Danke für die Bearbeitung; wir kommen näher, aber "weniger Wasser" oder "mehr CO2" erklären noch nicht, warum der eine so viel helles Licht macht und der andere fast keins.
Mir wurde klar, dass sich ein Großteil des Peroxids zersetzt, ohne mit dem Kraftstoff zu reagieren, sodass das Verhältnis von 8: 1 nicht so extrem war, wie es aussah, und ich hatte nicht die Zeit / Energie, um die Berechnung durchzuführen. Das stöchiometrische Gleichgewicht liegt bei etwa 7,2:1, und das Oxidationsmittel hier besteht nur zu 85 % aus Peroxid, also ist es eine etwas fette Mischung (~ 6 % überschüssiger Kraftstoff im Gegensatz zur üblichen ~ 40 % reichen Kerolox-Mischung), nicht extrem mager, wie es schien auf den ersten Blick. Antwort aktualisiert und wiederhergestellt.
@Arsenal siehe Kommentar oben und die Antwort, nach der Sie suchen.
Wie hatte der kerosinverbrennende Black Arrow einen transparenten Auspuff? (scheint auf Fotos nur zu "schweben")
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