Руководитель: В.В. Загорский.

Клименко с горящим Mg 2 Клименко ступка Клименко 2

презентация

Стандартным для карамельного ракетного топлива является состав, в котором 35% топлива, т.е. сорбита ( С6Н14О6 ) и 65% окислителя, т.е. калиевой селитры (KNO3). Состав имеет скорость горения (3,5 мм/с), которая подходит для двигателя с соплом ~3 мм, а для сопла диаметром 5 мм является низкой. Но двигатель с соплом 5 мм технологически легче в производстве (не требуется переделка дна гильзы и дополнительное укрепление его соединения со стенками). В связи с этим возникла необходимость увеличить скорость горения топлива посредством катализаторов. В качестве них были выбраны оксиды переходных металлов (Cr2O3, Fe2O3, V2O5) и их смеси.

Цель работы: Подобрать катализатор, дающий максимальную скорость, реакции окисления сорбита  калиевой селитрой:

2KNO3 → 2KNO2 + O2
4KNO2 → 2K2O + 2N2↑ + 3O2
2C6H14O6 + 13O2 → 12CO2↑ + 14H2O
CO2+K2O → K2CO3

            Приготовление состава:

Для приготовления состава бралось 3,5 г сорбита и 6,5 г селитры и различные навески оксидов (2-4% от общей массы). Сорбит расплавлялся (Тплав = 95°С ) в емкости для приготовления состава. Селитра измельчалась в ступке. Навеска катализатора растиралась в ступке с небольшим количеством селитры. После добавлялась остальная селитра, и смесь тщательно перемешивалась. Однородный порошок небольшими порциями добавлялся в расплавленный сорбит и перемешивался до образования густой (мёдообразной) массы. После этого массой заполнялись тонкие бумажные цилиндры длиной 3 см.

После застывания топлива в цилиндрах они поджигались, время горения засекалось секундомером. Полученные данные и составы приведены в таблице.

Катализатор %добавки* Средняя по 4 замерам скорость (мм/с)  горения
Cr2O3 2,00% 4 мм/с
Cr2O3 3,00% 4,1 мм/с
Cr2O3 4,00% 3,8 мм/с
Fe2O3 2,00% 3,8 мм/с
Fe2O3 3,00% 4 мм/с
Fe2O3 4,00% 3,6 мм/с
V2O5 2,00% 3,7 мм/с
V2O5 3,00% 4,1 мм/с
V2O5 4,00% 4,2 мм/с
V2O5+ Cr2O3 2% V2O5 +1% Cr2O3 4,6 мм/с
V2O5+Fe2O3 2% V2O5 +1% Fe2O3 3,6 мм/с
Cr2O3+Fe2O3 2% Cr2O3 +1% Fe2O3 3,4 мм/с

*- процент от массы исходной смеси без катализатора.

            Итог работы: был найден оптимальный катализатор, которым является смесь 2% V2O5  и 1% Cr2O3 исходной смеси сорбита с селитрой. Полученный состав дает на 30% большую скорость и объем газообразных продуктов сгорания в единицу времени, чем состав без катализатора.