Association Évidence

Brevet 4269637 - Générateur de gaz solide à haute performance Mhd - 1981

1. Générateur de gaz produisant un électron solide propulseur, qui comprend: un sel de dialkali-tétranitroéthane choisi dans le groupe constitué par le tétranitroéthane de potassium, le tétra tétranéthane de césium et leurs mélanges; un système de liant énergétique sans halogène; et un combustible métallique choisi dans le groupe constitué par l’aluminium, le zirconium, le bore et leurs mélanges.

2. Générateur de gaz produisant un électron solide propulseur selon la revendication 1, qui comprend: d’environ 50 à environ 85% en poids desdits sels de dialkali tétranitroéthane; d’environ 10 à environ 35% en poids dudit système de liant énergétique; et d’environ 5 à environ 30% en poids desdits carburants métalliques.

3. Générateur de gaz produisant des électrons à propergol solide selon la revendication 1, dans lequel ledit combustible métallique est de l’aluminium.

4. Générateur de gaz produisant des électrons à propergol solide selon la revendication 1, qui comprend en outre un sel alcalin choisi dans le groupe constitué par KNO3, CsNO3, K2CO3, Cs2CO3, K2S04, Cs2S04 et leurs mélanges.

5. Générateur de gaz produisant des électrons à propergol solide selon la revendication 4, dans lequel lesdits sels alcalins sont choisis parmi KNO3 et CsNO3.

6. Générateur de gaz produisant un électron solide propulseur selon la revendication 4, qui comprend: d’environ 65 à environ 75% en poids dudit dialkali tétranitroéthane; d’environ 15 à environ 20% en poids dudit système de liant énergétique; d’environ 15 à environ 20% en poids dudit carburant métallique; et jusqu’à environ 5% en poids desdits sels alcalins.

CONTEXTE DE L’INVENTION

1. Domaine de l’invention

La présente invention concerne des générateurs de gaz et concerne en particulier des générateurs de gaz propulseurs solides pour la production de gaz à haute densité électronique destinés à être utilisés dans des systèmes magnétohydrodynamiques (MHD).

2. Description de l’art antérieur

Les générateurs de gaz pour la production de gaz à haute densité électronique utilisés dans les systèmes MHD sont basés sur: (1) les systèmes de propergols liquides ensemencés avec des solutions aqueuses de sels de potassium ou de césium (par exemple KNO3, CsNO3, Cs2 CO3) ou les générateurs de gaz qui ont les sels de potassium ou de césium directement incorporés dans la matrice propulsive.

Les systèmes de propergols liquides sont limités dans la grandeur des électrons produits par deux facteurs. Premièrement, les températures de la flamme sont limitées à environ 3300 ° K, car les combustibles métalliques ne sont pas présents. La génération d’électrons à partir de l’ionisation des molécules alcalines présentes (M➝M + + e-) où M = K ou Cs est très exponentiellement dépendante de la température. Deuxièmement, le rapport de l’hydrogène au carbone présent dans le carburant liquide varie de 1 à 2 en fonction du caractère du carburant (aromatique contre aliphatique). L’eau produite lors de la combustion se dissocie à haute température (H2 O➝OH + H), suivie de la réaction secondaire dans laquelle les électrons sont fixés (OH + e31 ➝OH-), réduisant ainsi la concentration effective d’électrons libres.

Des générateurs de gaz d’électrons à propergol solide basés sur des liants à double base fortement chargés d’oxydants tels que HMX qui contiennent des sels alcalins tels que KNO3 et / ou CsNO3 et un combustible métallique ont été développés. Cependant, la teneur en hydrogène de ces propergols solides est toujours élevée en raison de la teneur en hydrogène intrinsèquement élevée du liant et en particulier du HMX, mais les températures de flamme dépassent celles des systèmes de propergols liquides de centaines de degrés depuis qu’un combustible métallique est présent.

Résumé de l’invention

En conséquence, la présente invention propose un générateur de gaz propulseur solide qui comprend des sels de dialkali tétranitroéthane et leurs mélanges, un système de liant énergétique, un combustible métallique et un sel alcalin ou des mélanges de sels alcalins. Les produits de combustion du propulseur en question contiennent des densités électroniques élevées pour des applications magnétohydrodynamiques.

Objets de l’invention

Par conséquent, un objet de la présente invention est de fournir des électrons à partir d’un générateur de gaz propulseur solide.

Un autre objet de la présente invention est de fournir un générateur de gaz propulseur solide produisant des électrons dans lequel ledit propulseur solide comprend un mélange de sels de dialkali tétranitrééthane, un liant énergétique, un carburant métallique et des sels alcalins.

Encore un autre objet de la présente invention est de fournir un générateur de gaz propulseur solide qui a une température de flamme contrôlable.

D’autres objets, avantages et nouvelles caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante de l’invention.

DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES

Conformément à la présente invention, il est proposé un générateur de gaz propulseur solide ayant la capacité de produire des produits de combustion à haute densité électronique pour des applications magnétohydrodynamiques. Fondamentalement, le propulseur solide en question comprend un sel de dialkali tétranitroéthane ou des mélanges de sels, un liant énergétique, un combustible métallique, et éventuellement des sels alcalins ou des mélanges de sels alcalins.

Les sels de dialkali tétranitroéthane, de formule générale [MC (NO2) 2] 2, où M = K ou Cs, sont synthétisés par n’importe quelle méthode conventionnelle. Une telle méthode est décrite par Borgardt dans le Journal of Organic Chemistry, Vol. 31, page 2806, 1966. Ces sels sont des matériaux cristallins à haute densité (> 2,5 g / cm3), thermiquement stables, qui sont facilement incorporés dans les propulseurs solides. Les avantages de l’utilisation de ces sels proviennent de leur indice d’oxydation élevé (O / C = 4) tout en ne possédant pas d’hydrogène et contenant pratiquement toutes les molécules alcalines nécessaires pour la réaction d’ionisation.

Les systèmes liants énergétiques de l’état de l’art comprennent un polymère, un plastifiant et un agent de durcissement. Fondamentalement, tout système de liant énergétique sans halogène et à la fine pointe de la technologie peut fournir les propriétés physiques, chimiques et balistiques souhaitées; cependant, les trois systèmes suivants sont préférés: la nitrocellulose, un isocyanate, un polyester et un nitroplasticiseur; l’acrylate d’éthyle-acide acrylique, un agent de durcissement d’époxyde tel que Unox 221 de Union Carbide, et un nitroplastisant; et un polymère d’azoture de glycidyle (GAP), un isocyanate et un nitroplasticiseur. Les nitroplasticisants sont tous les nitroplasmisants classiques tels que la nitroglycérine (NG), l’oxyde de triéthylèneglycol (TEGON) et le triméthyloléthanetrinitrate (TMETN). Le système de liant énergétique de l’état de l’art le plus préféré comprend le GAP, un isocyanate et un nitroplasticiseur.

Conformément à la présente invention, les carburants métalliques d’aluminium, de zirconium et de bore sont préférés, et l’aluminium est le plus préféré.

Les sels alcalins facultatifs fonctionnent comme une source secondaire d’électrons. Ces sels peuvent être des nitrates de formule générale MNO3, des carbonates de formule générale M2 CO3 et des sulfates de formule générale M2 SO4; où M peut être du potassium ou du césium. Les sels alcalins préférés sont KNO3 et CsNO3.

Bien que toute combinaison combustible des ingrédients ci-dessus fonctionne plus ou moins, le pourcentage en poids préféré des ingrédients est de 50 à 85% en poids de dialkali tétranitroéthane, d’environ 10 à environ 35% en poids d’un système liant énergétique, et environ 5 à environ 30% en poids d’un carburant métallique. La plage de pourcentages en poids préférée va d’environ 65 à environ 75% en poids du dialkali tétranitroéthane, d’environ 15 à environ 20% en poids d’un système liant énergétique, d’environ 15 à environ 20% en poids d’un combustible métallique et jusqu’à environ 5% en poids d’un sel alcalin. La performance d’un générateur de gaz propulseur solide typique basé sur les sels de dialkali tétranitroéthane est donnée dans le tableau 1.

TABLEAU 1 ______________________________________ Système de densité d’électrons (e- / cm3) ______________________________________

Oxygène liquide / kérosène / Cs2 CO3

5,5 × 1014

Oxygène liquide / toluène / Cs2 CO3

3,15 × 1015

Reliure double-base / HMX / KNO3 / CsNO3 / Al

6,11 × 1015

Dialkali tétranitrééthane /

Reliure énergétique / Al 2.25 × 1016

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Ainsi, on peut voir qu’une amélioration de plus de trois fois est obtenue avec la présente invention par rapport aux propergols solides existants et que l’on obtient une amélioration de presque un ordre de grandeur par rapport aux systèmes de propergols liquides.

Il faut prendre soin, lors de la préparation des générateurs de gaz propulseurs solides ci-dessus, de ne pas introduire d’halogène ou de nitrate d’ammonium. L’introduction de ces matériaux inhiberait efficacement l’ionisation critique du potassium et du césium.

Evidemment, de nombreuses modifications et variantes de la présente invention sont possibles à la lumière des enseignements ci-dessus. Il doit donc être compris que, dans le cadre des revendications annexées, l’invention peut être mise en pratique autrement que de manière spécifiquement décrite.