Raketentreibstoffe

Armin Dadieu

ISBN 10: 3211808566 / ISBN 13: 9783211808566

Editore: Springer Vienna, 1969

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Druck auf Anfrage Neuware - Printed after ordering - In den letzten 25 Jahren, seit dem groBen Durchbruch in Peenemiinde, hat die Raketen technik ungeheure Erfolge erzielt. Sie hat damit nicht nur die Art der KriegsfUhrung grundlegend verandert und deren Moglichkeiten auBerordentlich und gefahrlich erweitert, sondern auch - was wesentlich erfreulicher ist - der Menschheit das Eindringen in den Weltraum ermoglicht. Satelliten mit den verschiedensten Aufgaben umkreisen heute die Erde, geostationare Gerate ermoglichen ein weltweites Nachrichten-und Fernsehsystem, Instrumententrager erkunden Mond und Nachbarplaneten und die bemannte Raum fahrt hat begonnen: Erdumkreisungen, Aussteigen im Weltraum, Rendezvous-Manover sind erfolgt und die bemannte Landung auf dem Mond wird wahrscheinlich noch in dies em . Jahrzehnt vor sich gehen. AIle diese Erfolge wurden ausschlieBlich mit Hilfe chemisch angetriebener Raketen erzielt. Sie waren ohne die grundlegenden Erkenntnisse der Chemie der Raketentreibstoffe unmoglich gewesen. In der letzten Peri ode der Entwicklung der chemischen Antriebstechnik, nach dem erfolgreich gelungenen Einsatz der hochenergeti schen Paarung FliissigsauerstoffjFliissigwasserstoff und besonders, nachdem es moglich geworden ist, die Leistungen von beliebigen Treibstoffkombinationen rasch und exakt theoretisch zu berechnen, sind nun die Grenzen absehbar geworden, die dieser Antriebsart gesetzt sind. Es erschien deshalb angebracht, eine Bilanz zu ziehen und den Entwicklungs stand der chemischen EnergiequeJIen sowie die noch in ihnen liegenden ungenutzten Moglichkeiten zusammenfassend darzusteIlen; dies urn so mehr, als es bis jetzt auch in der international en Literatur kein ausfiihrliches Werk iiber Raketentreibstoffe gibt.

Codice articolo 9783211808566

Dati bibliografici

• Titolo: Raketentreibstoffe
• Editore: Springer Vienna
• Data di pubblicazione: 1969
• Lingua: Tedesco
• ISBN 10: 3211808566
• ISBN 13: 9783211808566
• Rilegatura: Buch
• Condizione: Neu

Descrizione articolo

Contenuti

Allgemeiner Teil.- 1. Einleitung; Begriff und Einteilung der Raketentreibstoffe.- 2. Der chemische Antrieb im Vergleich mit möglichen Zukunftsantrieben.- 2.1. Die Raketengrundgleiehung. Parameter zum Leistungsvergleich der verschiedenen Antriebsarten.- 2.2. Freie Radikale und metastabile Atome als Raketentreibstoffe.- 2.2.1. Atomarer Wasserstoff.- 2.3. Verwendung nuklearer Energie zum Raketenantrieb.- 2.3.1. Kernchemische Aufheizung von Arbeitsmedien durch Atomexplosionen (Projekt Orion).- 2.3.2. Konvektive Aufheizung von Arbeitsmedien durch Kernreaktoren (Rover-Kiwi-Nerva-Projekt).- 2.3.3. Konvektive Aufheizung durch Radioisotope (Poodle-System).- 2.3.4. Gas-Core-Reaktoren.- 2.4. Elektrische Antriebe.- 2.4.1. Elektrothermische Antriebe.- 2.4.2. Elektromagnetische Antriebe.- 2.4.3. Elektrostatische (Ionen-)Antriebe.- 2.4.4. Energiequellen und Energiewandler für elektrische Antriebe.- 2.5. Photonenantrieb.- 2.5.1. Das Sonnensegel.- 2.6. Vergleich und Schlußfolgerung.- Literatur zu Kap. 1 und 2.- 3. Der chemische Antrieb und seine Leistungsgrenzen.- 3.1. Eigenart, Vor- und Nachteile des chemischen Antriebes, Stufenprinzip.- 3.2. Grundtypen chemischer Antriebssysteme.- 3.2.1. Das Flüssigkeitstriebwerk mit zwei Komponenten.- 3.2.2. Das Flüssig-Monergol-Triebwerk.- 3.2.3. Das Feststofftriebwerk.- 3.2.4. Geltriebwerke.- 3.2.5. Lithergole (hybride) Triebwerke.- 3.3. Energieausnützung und Wirkungsgrade.- 3.4. Wichtige Leistungs- und Triebwerksparameter.- 3.4.1. Leistungsparameter.- 3.4.1.1. Der Schub (F).- 3.4.1.2. Die Ausströmungsgeschwindigkeit (w).- 3.4.1.3. Der spezifische Impuls (Is).- 3.4.1.4. Der volumspezifische Impuls.- 3.4.1.5. Charakteristische Geschwindigkeit und Schubkoeffizient.- 3.4.2. Triebwerksparameter.- 3.4.2.1. Die charakteristische Länge L*.- 3.4.2.2. Das Düsen-Querschnitts Verhältnis.- 3.5. Theoretische Berechnung der raketentechnischen Leistungsparameter.- 3.5.1. Ideale Rakete.- 3.5.2. Grundbegriffe und Gleichungen.- 3.5.3. Düsentheorie und -auslegung (Lavaldüse).- 3.5.4. Näherungsgleichungen für die charakteristischen Parameter.- Literatur.- 4. Exakte Berechnung der Leistung von Raketentreibstoffen.- 4.1. Die Grundlagen der Rechnung. Die Vorgänge in Ofen und Düse.- 4.1.1. Berechnung der Feuergasdaten im Ofen.- 4.1.1.1. Das Feuergasgleichgewicht in der Brennkammer.- 4.1.1.2. Berechnung der Ofenbedingungen.- 4.1.2. Der Entspannungsvorgang in der Düse (Berechnung des Feuergaszustandes bei der Entspannung).- 4.1.3. Thermodynamische Daten.- 4.2. Rechen verfahren zur Bestimmung der Leistungsdaten von Raketentreibstoffen.- 4.2.1. Zusammenstellung der verwendeten Formeln und Beziehungen.- 4.2.2. Aufstellung der Gleichungen für den Zustand in der Brennkammer.- 4.2.2.1. Graphische Lösungsmethoden.- 4.2.2.2. Die Lösung des Gleichungssystems nach dem Newton-Raphson-Verfahren.- 4.2.3. Die erstarrte Strömung.- 4.2.4. Die Gleichgewichtsströmung.- 4.2.5. Systeme mit kondensierten Phasen.- 4.2.6. Berechnungen mit den wirklichen Reaktionsgeschwindigkeiten.- 4.2.7. Verfügbare Programme und Literatur.- Literatur.- 5. Flüssigtreibstoffe.- 5.1. Einteilung.- 5.1.1. Einfachtreibstoffe (Monergole).- 5.1.2. Zweifachtreibstoffe (Diergole).- 5.1.3. Lagerbare und kryogene Treibstoffe.- 5.1.4. Chemische Einteilung.- 5.1.5. Einteilung nach Leistung.- 5.2. Leistungsdaten von Flüssigtreibstoffen.- 5.2.1. Meßgrößen für das Mischungsverhältnis.- 5.2.1.1. Allgemeine Übersicht der Leistungen flüssiger Kombinationen.- 5.2.2. Leistungen mit Flüssigsauerstoff (LOX), Flüssigfluor und OF2.- 5.2.3. Ozon als Oxydator.- 5.2.4. Sauerstoffträger als Oxydatoren.- 5.2.5. Fluorträger als Oxydatoren.- 5.2.6. Boran-Hydrazinkombinationen als Raketentreibstoffe („BN-Konzept“).- 5.2.7. Leistungsdaten monergoler Flüssigtreibstoffe.- 5.3. Andere raketentechnisch wichtige Eigenschaften flüssiger Treibstoffe.- 5.3.1. Physikalische Eigenschaften.- 5.3.2. Chemische Eigenschaften, Stabilität, Lagerfähigkeit, Handhabungssicherheit und Zündverhalten.- 5.3.3. Preis und Beschaffung.- Literatur.- 6. Festtreibstoffe.- 6.1. Allgemeines und Einteilung.- 6.1.1. Gestalt und Anordnung der Treibsätze (Treibsatzformen und -geometrie).- 6.1.2. Einteilung der Festtreibstoffe.- 6.2. Homogene Treibstoffe.- 6.2.1. Zusammensetzung.- 6.2.2. Herstellungsverfahren.- 6.3. Heterogene Treibstoffe.- 6.3.1. Oxydatoren.- 6.3.2. Brennstoffbinder.- 6.3.2.1. Allgemeines.- 6.3.2.2. Treibstoffe mit Bindern linearer Struktur.- 6.3.2.3. Treibstoffe mit vernetzten Bindern.- 6.3.3. Zusätze.- 6.3.4. Herstellungsverfahren heterogener Treibstoffe.- 6.4. Empirische Grundlagen des Abbrandes von Festtreibstoffen.- 6.4.1. Die Abbrandgeschwindigkeit (r).- 6.4.1.1. Druckabhängigkeit der Abbrandgeschwindigkeit.- 6.4.1.2. Temperaturabhängigkeit der Abbrandgeschwindigkeit.- 6.4.1.3. Einfluß der Gasgeschwindigkeit auf die Abbrandgeschwindigkeit („Erosiver Abbrand“).- 6.4.1.4. Empirische Daten über die Abbrandgeschwindigkeit verschiedener Treibstoffe.- 6.4.2. Abbrandkurven (Aufnahme und Auswertung).- 6.5. Leistungsdaten von Festtreibstoffen.- 6.6. Mechanische Eigenschaften von Festtreibstoffen; Handhabung, Alterungsbeständigkeit, Zündung, Isolierung und Preis.- 6.6.1. Mechanische Eigenschaften.- 6.6.2. Explosionssicherheit und Handhabung.- 6.6.3. Alterungsbeständigkeit.- 6.6.4. Zündung und Isolierung von Festtreibstoffen.- 6.6.4.1. Zündung von Festtreibstoffen.- 6.6.4.2. Isolierung der Treibsätze.- 6.6.5. Kosten und Beschaffung.- 6.7. Abbrandtheorien.- 6.7.1. Qualitative Vorstellungen über den Abbrand homogener Treibstoffe.- 6.7.2. Aufstellung der Grundgleichungen für den Abbrand homogener Treibsätze.- 6.7.3. Die Theorie von Rice und Ginell für den Abbrand homogener Treibsätze.- 6.7.4. Die Abbrandtheorie von Johnson und Nachbar.- 6.7.5. Qualitative Vorstellungen über den Abbrand heterogener Treibstoffe.- 6.7.6. Die Theorie von Summerfield (Abbrand von Perchlorat-Compositen).- 6.7.7. Das Sandwichmodell und die Theorie von Nachbar.- 6.7.8. Die Untersuchungen von Barrère und Nadaud.- 6.7.9. Die Abbrandtheorie von Chaiken und Anderson.- 6.7.10. Die Arbeiten von Friedman und Levy.- 6.8. Pastöse Treibstoffe.- Literatur.- 7. Lithergole Kombinationen und Antriebe.- 7.1. Allgemeines.- 7.1.1. Verschiedene Typen und Varianten lithergoler Antriebe.- 7.2. Die Verbrennungsvorgänge in Lithergol-Systemen.- 7.3. Experimentelle Bestimmung der Abbrandgeschwindigkeit.- 7.4. Theorie der lithergolen Verbrennung.- 7.5. Stand der experimentellen Untersuchungen.- 7.6. Leistungsdaten lithergoler Kombinationen.- Literatur.- 8. Zusammenspiel Motor-Treibstoff.- 8.1. Unterschiede zwischen theoretischer und experimenteller Leistung.- 8.2. Einspritzsystem, Verbrennungswirkungsgrad und Brennkammergeometrie.- 8.2.1. Das Einspritzsystem.- 8.2.2. Verbrennung und Strömung.- 8.2.3. Brennkammergeometrie.- 8.3. Düsenformen und Auslegung.- 8.3.1. Konische und parabolische Lavaldüsen.- 8.3.2. Ringhalsdüsen.- 8.3.2.1. Ringhalsdüse mit Parabolkegel (Spike Nozzle).- 8.3.2.2. Ringhalsdüse mit geradem Kegel (Plug Nozzle).- 8.3.2.3. E-D-Düse (Expansion-Deflection Nozzle).- 8.3.2.4. Laval-Ringdüse (Shrouded Plug Nozzle).- 8.3.2.5. Vorteile und Zukunftsaussichten der Ringhalsdüsen.- 8.3.2.6. Einfluß der Treibstoffwahl auf die Düsenkonstruktion.- 8.4. Wärmeübergänge und Kühlsysteme.- 8.5. Instabilitäten bei der Verbrennung.- 8.5.1. Niederfrequente Schwingungen.- 8.5.2. Hochfrequente Schwingungen.- 8.5.3. Schwingungen in Feststoffraketen.- 8.5.4. Mittel zur Unterdrückung oder Verhinderung von Verbrennungsinstabilitäten.- 8.6. Einfluß der Treibstoffdichte auf Trieb Werkskonstruktion und -leistung.- Literatur.- 9. Möglichkeiten der Leistungssteigerung durch Anwendung hochenergetischer Treibstoffe.- 9.1. Derzeitiger Stand der chemischen Antriebstechnik und die sich daraus ergebende Aufgabenstellung.- 9.2. Gesichtspunkte bei der Auswahl und Komposition von Hochleistungstreibstoffen.- 9.3. Steigerungsmöglichkeiten bei Oxydatoren.- 9.4. Steigerungsmöglichkeiten bei Brennstoffen (Verwendung von Leichtmetallen und deren Hydriden).- 9.5. Probleme beim praktischen Einsatz leistungssteigernder Brennstoffzusätze.- 9.6. Leistungssteigerung bei Festtreibstoffen.- 9.6.1. Leistungserhöhung bei homogenen (doppelbasigen) Pulvern.- 9.6.2. Leistungserhöhung bei heterogenen (Composite-)Pulvern.- 9.6.2.1. Steigerung bei Oxydatoren.- 9.6.2.2. Leistungserhöhung bei Bindern und Weichmachern.- 9.6.2.3. Leistungserhöhung durch Zusatz von Leichtmetallen.- 9.7. Zusammenfassende Übersicht.- Literatur.- 10. Experimentelle Bestimmung raketentechnisch wichtiger physikalischer und chemischer Eigenschaften.- 10.1. Hypergolität und Messung des Zündverzuges.- 10.1.1. Theoretische Betrachtungen zum Mechanismus der hypergolen Zündung.- 10.1.2. Qualitative Analyse des Zündvorganges.- 10.1.3. Methoden zur Messung des Zündverzuges.- 10.1.3.1. Die Tropfenmethode und deren Variationen.- 10.1.3.2. Die Methode der zusammengespritzten Strahlen.- 10.1.3.3. Messung des ZündVerzuges nach Pino.- 10.1.3.4. Messung des Zündverzuges in Mikrobrennkammern.- 10.1.3.5. Dreikolbenapparatur nach Kilpatrick und Baker (Bombenmethode).- 10.1.4. Allgemeine Ergebnisse der Zündverzugs-Messungen; Einfluß der verschiedenen Parameter.- 10.2. Experimentelle Bestimmung der Abbrandgeschwindigkeit von Festtreibstoffen.- 10.2.1. Bestimmung von r in der Crawford-Bombe.- 10.2.2. Bestimmung von r in Normbrennkammern.- 10.3. Messung der Leistung monergoler Treibstoffe in der ballistischen Bombe.- 10.4. Korngrößenmessungen und -klassifizierung bei Bestandteilen heterogener Raketenpulver.- 10.4.1. Siebanalyse.- 10.4.2. Windsichtung.- 10.4.3. Sedimentationsanalyse.- 10.4.4. Mikroskopische Feinheitsbestimmung.- 10.5. Messung der Stoß- und Detonationsempfindlichkeit von Treibstoffen.- 10.6. Messung einiger raketentechnisch wichtiger physikalischer Eigenschaften.- 10.6.1. Bestimmung des Schmelzdiagramms binärer Systeme.- 10.6.2. Dampfdruckbestimmung.- 10.6.2.1. Statische Methoden.- 10.6.2.2. Dynamische Methode.- 10.6.3. Dichtebestimmung.- 10.6.4. Bestimmung der Viskosität.- 10.6.4.1. Ostwald- bzw. Ubbelohde-Viskosimeter.- 10.6.4.2. Höppler-Viskosimeter.- 10.6.5. Wärmeleitfähigkeitsmessungen.- 10.6.5.1. Messung der Wärmeleitfähigkeit fester Stoffe.- 10.6.5.2. Messung der Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeiten.- 10.6.5.3. Messung der Wärmeleitfähigkeit von Gasen.- Literatur.- Spezieller Teil Einleitung zum speziellen Teil (Kapitel 11 bis 15).- 11. Oxydatoren.- 11.1. Fluor.- 11.1.1. Herstellung von Fluor.- 11.1.2. Physikalische Eigenschaften von Fluor.- 11.1.3. Chemische Eigenschaften von Fluor.- 11.1.3.1. Analyse von Fluor.- 11.1.4. Baumaterialien für Fluor.- 11.1.4.1. Verhalten von Metallen gegenüber gasförmigem Fluor.- 11.1.4.2. Verhalten von Metallen gegenüber flüssigem Fluor.- 11.1.4.3. Korrosion von keramischen Baustoffen in Fluor.- 11.1.4.4. Organische Baustoffe für den Umgang mit Fluor.- 11.1.4.5. Auswahl von Werkstoffen für den Umgang mit Fluor.- 11.1.5. Umgang mit Fluor.- 11.1.5.1. Lagerung von gasförmigem und flüssigem Fluor.- 11.1.5.2. Transport von flüssigem Fluor.- 11.1.5.3. Fördern und Pumpen von Fluor.- 11.1.6. Besondere Probleme bei der Anwendung von Fluor.- 11.1.6.1. Vernichtung von HF-haltigen Abgasen aus Raketentriebwerken.- 11.1.6.2. Absichtliche Vernichtung von überschüssigem Fluor.- 11.1.6.3. Vernichtung und Neutralisation von unbeabsichtigt ausbrechenden Fluormengen.- 11.1.6.4. Löschen von Fluorbränden.- 11.1.7. Physiologische und toxische Eigenschaften von Fluor und Fluorverbindungen.- 11.1.8. Mischungen von Fluor mit anderen Oxydatoren.- 11.1.8.1. Fluor/Sauerstoff-Mischungen.- 11.1.8.2. Fluor/Ozon-Mischungen.- 11.2. Nichtmetallfluoride Binäre Fluoride.- 11.2.1. Halogenfluoride.- 11.2.1.1. Chlorfluoride.- 11.2.1.2. Bromfluoride.- 11.2.1.3. Jodfluoride.- 11.2.2. Sauerstofffluoride.- 11.2.2.1. Sauerstoffdifluorid.- 11.2.2.2. Disauerstoffdifluorid.- 11.2.2.3. Ozonfluorid.- 11.2.3. Stickstofffluoride.- 11.2.3.1. Stickstofftrifluorid.- 11.2.3.2. Tetrafluorhydrazin.- 11.2.3.3. Difluordiazin.- 11.2.4. Edelgasfluoride.- Ternäre Fluoride.- 11.2.5. Chlor-Sauerstoff-Fluoride.- 11.2.5.1. Chlortrioxyfluorid.- 11.2.6. Stickstoff-Sauerstoff-Fluoride.- 11.2.6.1. Nitrosylfluorid.- 11.2.6.2. Nitrylfluorid.- 11.2.6.3. Nitroxylfluorid.- 11.3. Sauerstoff.- 11.3.1. Physikalische Eigenschaften von Sauerstoff.- 11.3.2. Chemische Eigenschaften von Sauerstoff.- 11.3.3. Baumaterialien.- 11.3.4. Umgang mit flüssigem Sauerstoff.- 11.3.4.1. Lagerung von LOX.- 11.3.4.2. Transport von LOX.- 11.3.4.3. Armaturen und Meßgeräte für LOX.- 11.3.4.4. Förderung und Umfüllen von LOX.- 11.3.4.5. Gefahren beim Umgang mit LOX.- 11.3.5. Toxische Eigenschaften von Sauerstoff.- 11.4. Ozon und Ozon-Sauerstoff-Gemische.- 11.4.1. Herstellung von Ozon.- 11.4.2. Physikalische Eigenschaften von Ozon.- 11.4.3. Chemische Eigenschaften von Ozon.- 11.4.3.1. Stationäre Ozon-Zersetzungsflamme.- 11.4.3.2. Detonation von gasförmigem Ozon.- 11.4.3.3. Langsamer Abbrand von flüssigem oder festem Ozon.- 11.4.3.4. Detonation von flüssigem Ozon.- 11.4.3.5. Chemische Reaktivität von Ozon.- 11.4.3.6. Analyse von Ozon.- 11.4.4. Baumaterialien für den Umgang mit Ozon.- 11.4.5. Umgang mit Ozon und Ozon-Sauerstoff-Mischungen.- 11.4.6. Toxische Eigenschaften von Ozon.- 11.4.7. Ozonmischungen mit anderen Oxydatoren.- 11.5. Wasserstoffperoxyd.- 11.5.1. Herstellung von Wasserstoffperoxyd.- 11.5.2. Physikalische Eigenschaften von Wasserstoffperoxyd.- 11.5.3. Chemische Eigenschaften von Wasserstoffperoxyd.- 11.5.3.1. Langsame Zersetzung in flüssiger Phase.- 11.5.3.2. Langsame Zersetzung in der Dampfphase.- 11.5.3.3. Explosion und Abbrand von Wasserstoffperoxyd.- 11.5.3.4. Analyse von Wasserstoffperoxyd.- 11.5.4. Baumaterialien für Wasserstoffperoxyd.- 11.5.5. Umgang mit hochkonzentriertem Wasserstoffperoxyd.- 11.5.6. Toxische Eigenschaften von Wasserstoffperoxyd.- 11.6. Stickstoffoxyde.- 11.6.1. Distickstofftrioxyd.- 11.6.2. Distickstofftetroxyd.- 11.6.2.1. Physikalische Eigenschaften von Distickstofftetroxyd.- 11.6.2.2. Chemische Eigenschaften von Distickstofftetroxyd.- 11.6.2.3. Analyse von Distickstofftetroxyd.- 11.6.2.4. Baumaterialien für Distickstofftetroxyd.- 11.6.2.5. Umgang mit Distickstofftetroxyd.- 11.6.2.6. Toxische Eigenschaften von Distickstofftetroxyd.- 11.6.2.7. Treibstoffmischungen mit Distickstofftetroxyd.- 11.6.3. Distickstoffpentoxyd.- 11.6.3.1. Physikalische Eigenschaften von Distickstoffpentoxyd.- 11.6.3.2. Chemische Eigenschaften von Distickstoffpentoxyd.- 11.6.3.3. Mischungen mit N2O5 als Raketentreibstoff.- 11.6.4. Stickstofftrioxyd.- 11.7. Salpetersäure.- 11.7.1. Physikalische Eigenschaften von Salpetersäure.- 11.7.2. Chemische Eigenschaften von Salpetersäure.- 11.7.3. Analyse und Reinheitskontrolle.- 11.7.3.1. Weißrauchende Salpetersäure.- 11.7.3.2. Rotrauchende Salpetersäure.- 11.7.4. Baumaterialien für Salpetersäure.- 11.7.4.1. Metalle.- 11.7.4.2. Korrosion durch Salpetersäure.- 11.7.4.3. Nichtmetalle.- 11.7.4.4. Konstruktionsteile für den Umgang mit Salpetersäure.- 11.7.5. Umgang mit rauchender Salpetersäure.- 11.7.6. Toxische Eigenschaften von Salpetersäure.- 11.7.7. Mischsäure.- 11.8. Organische Oxydatoren.- 11.8.1. Nitromethan.- 11.8.1.1. Physik...