-
Treibstoffe für Raketenantriebe Treibstoffe für Raketenantriebe bestehen
im allgemeinen aus einer Kombination von Brennstoffen und Oxydationsmitteln bzw.
Sauerstoffträgern. Bei Nitroglyzerinpulver ist das Oxydationsmittel auch chemisch
an den Brennstoff gebunden.
-
Für den Antrieb von Raketen werden gasförmige Treibstoffe, z. B. Wasserstoff-Fluor,
flüssige Treibstoffe, z. B. Alkohol-Flüssigsauerstoff, oder feste Treibstoffe, z.
B. gelatiniertes Nitroglyzerinpulver, verwendet. Außerdem gibt es gemischte Treibstoffe,
wie flüssig-feste Treibstoffe, z. B. Flüssigsauerstoff-Kohlenstaub; oder gasförmig-feste,
z. B. Sauerstoff Aluminium.
-
Gasförmige Treibstoffe haben bisher für die praktische Verwendung
für Raketen keine Bedeutung gehabt, da sie, selbst in komprimiertem Zustand, verhältnismäßig
großen Raum einnehmen und je nach der Kompression sehr feste und dadurch großes
Gewicht besitzende Behältnisse voraussetzen. Auch Treibstoffe mit verschiedenen
Aggregatzuständen sind nur wenig verwendet worden, da hierbei unter anderem die
gleichmäßige Zuführung zur Brennstelle Schwierigkeiten bereitet.
-
Auch die Verwendung flüssiger Treibstoffe setzt den Einbau Raum und
Gewicht in Anspruch nehmender Einrichtungen voraus, da im allgemeinen ein oder zwei
Tanks für die Aufnahme des Treibstoffes bzw. seiner Komponenten sowie Einrichtungen
zur Förderung des Treibstoffes zur Brennkammer erforderlich sind.
-
Feste Brennstoffe benötigen geringeren Aufwand an Einrichtungen, so
daß bei der Rakete wesentlich
an Gewicht eingespart werden kann.
Die bisher verwendeten festen Treibstoffe haben aber den Nachteil, daß sie gegen
mechanische Beanspruchungen empfindlich sind und daß solche Beanspruchungen leicht
zur Bildung von Rissen innerhalb der Treibstoffmasse führen können. Dadurch kann
die brennende Oberfläche zu groß werden und infolgedessen die Brennkammer zerstört
werden. Ferner sind feste Treibstoffe gegen Schwankungen der Anfangstemperatur besonders
empfindlich, wodurch die Verbrennung unregelmäßig verlaufen kann.
-
Besonders schwierig ist die Herstellung von Antriebseinrichtungen
mit großer Brennfläche aus festen Treibstoffen. Hier soll ein gleichmäßiger Abbrand
auf der gesamten Brennfläche erfolgen. Die Herstellung solcher Antriebssysteme erfolgt
durch Zusammenpressen einzelner Treibstoffsätze, wozu ein erheblicher Aufwand von
Hochleistungspressen erforderlich ist.
-
Um einen gleichmäßigen Abbrand zu erzielen, ist auch bereits zu Mischungen
von feinkörnigsten Treibmitteln ein gewisser Gehalt an polymerisierbarem Kunststoff
zugefügt worden. So ist beispielsweise zu einer Mischung von feinverteiltem Natrium
und feinverteiltem Ammoniumpikrat etwa io 0% polymerisierbares Kunstharz in dickflüssigem
Zustand beigemischt worden. Bei entsprechend gleichmäßiger Mischung wird auch ein
gleichmäßiger Abbrand erzielt, aber die auf diese Weise erzielte Mischung ist verhältnismäßig
fest und kann nicht nachträglich verschiedenen Raumformen und Raumgrößen angepaßt
werden.
-
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die beschriebenen Nachteile
der festen Treibstoffe zu beheben, um den Vorzug der festen Treibstoffe, der in
der Vermeidung umfangreicher und schwerer Tanks und Einrichtungen liegt, voll auszunutzen.
Zu diesem Zweck wird den festen Treibstoffen nach der Erfindung eine pastöse bis
plastische Konsistenz gegeben, indem einer Mischung aus feinpulverisierten, festen
Sauerstoffträgern, wie Ammonium- oder Kaliumperchlorat, ein Gehalt an festen höheren
Alkoholen, wie Sorbitol, in solcher Menge untergemischt wird, daß der Treibstoff
eine gleichmäßige pastöse bis plastische Form annimmt. Dem Gemenge aus festen Sauerstoffträgern
können auch bekannte flüssige Sauerstoffträger, wie Überchlorsäure, zugesetzt werden.
Die unterzumischenden, im Reinzustand festen höheren Alkohole können in niedrigmolaren
flüssigen Alkoholen, gegebenenfalls in wässerigen Lösungen solcher Alkohole, gelöst
werden. Ferner kann den höheren Alkoholen Polygalaktromannan zugesetzt werden. Den
feinpulverisierten Sauerstoffträgern können vor dem Vermischen bekannte pulverisierte
brennfähige Metalle, wie feinpulverisiertes Aluminium oder Bor, zugesetzt werden.
Solche Metallpulver können aber auch nachträglich bei oder nach der Untermischung
der höheren Alkohole zugesetzt werden.
-
Bei der Herstellung solcher plastischen bis pastösen Treibstoffe muß
im allgemeinen beachtet werden, daß diese Treibstoffe ihren vollplastischen Charakter
zwischen -4o und +6o° C beibehalten. Die Wahl der Mischungskomponenten und der Mischungsverhältnisse
erfolgt entsprechend.
-
Eine wesentliche Voraussetzung für die Lagerfähigkeit bei unverändertem
physikalischem Verhalten ist es, daß innerhalb des für die Lagerung in Betracht
kommenden Temperaturbereiches keine unerwünschten chemischen Reaktionen zwischen
den einzelnen Komponenten des Gemisches auftreten können. Die Plastifizierungsmittel
dürfen also weder die zugemischten Brennstoffe noch die Sauerstoffträger chemisch
angreifen. Auch dürfen sie keine chemische Reaktion zwischen diesen Stoffen, beispielsweise
infolge Löslichkeit eines oder mehrerer Stoffe im Plastifizierungsmittel, ermöglichen.
-
Die Herstellung von Treibstoffsätzen nach der Erfindung erfolgt wie
nachstehend angegeben: Die festen Sauerstoffträger und/oder festen Brennstoffe werden
zu Staub zermahlen. Dann wird das Plastifizierungsmittel unter ständigem Rühren
oder Kneten untergemischt. Die festen Komponenten können aus Sauerstoffträgern,
wie Kaliumperchlorat, Bariumperoxyd oder Ammonium-Perchlorat, sowie festen Brennstoffen,
wie z. B. Polygalaktomannan, Bor oder Aluminium, bestehen.
-
Als Plastifizierungsmittel sind beispielsweise wässerige Lösungen
von Sorbitol geeignet, deren Zusammensetzung so gewählt ist, daß der Erstarrungspunkt
unterhalb von -50° C und der Siedepunkt oberhalb von -I-70° C liegt.
-
Von dem Plastifizierungsmittel wird der Mischung so viel zugesetzt,
daß ihre Konsistenz den gewünschten Anforderungen (salbenförmig bis asphaltartig)
entspricht. Es ist dabei zweckmäßig, das Mischungsverhältnis so zu wählen, daß die
Verbrennung im Brennstoffüberschuß verläuft, da in diesem Falle größere Wirkungsgrade
zu errechnen sind als bei Sauerstoffüberschuß.
-
Nachfolgend wird ein Beispiel zur Veranschaulichung der Herstellung
eines Treibstoffes nach der Erfindung gebracht. Beispiel o bis 7o Gewichtsprozent
Ammoniumperchlorat werden mit o bis 4o Gewichtsprozent `Kaliumperchlorat fein pulverisiert
und untermischt. Beim Untermischen kann das Pulver mit o bis io% 72%iger Perchlorsäure
angefeuchtet werden. Dieser Mischung kann bis zu io% Bor- und bis zu io% Aluminiumpulver
zugefügt werden.
-
Dieser Mischung wird o bis io% Bor und o bis ioo/o Aluminiumpulver
zugesetzt.
-
Im Mischwerk wird .dieses feuchte Gemenge mit einer Lösung aus 8o
% Sorbitol in 20% 75 %igem Alkohol, dem o bis 50/0 Polygalaktomannan zugesetzt wurden,
so lange vermischt, bis eine homogene Mischung von pastösem Charakter entsteht.
Das wird bei einem Zusatz von etwa 2o bis 30% der Sorbitollösung der Fall sein.
-
Enthält diese Mischung um 6o0/0 Ammoniumperchlorat neben 50/, Aluminium
oder amorphem
Bor und sind die 5 % 72 o/oige Perchlorsäure zugemischt,
so liegt der Erstarrungspunkt des Gemisches unter -6o0 C, während ein möglicher
Dampfdruck erst bei Temperaturen oberhalb von -4-7o0 C auftritt.