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Ignition of Nitromethane-Based Propellant Mixtures

Kurilov, Maxim und Ziemer, Lennart und Weiser, Volker und Ricker, Sophie Clara und Kirchberger, Christoph und Schlechtriem, Stefan (2023) Ignition of Nitromethane-Based Propellant Mixtures. International Journal of Energetic Materials and Chemical Propulsion, 23 (1), Seiten 53-67. Begell House. doi: 10.1615/IntJEnergeticMaterialsChemProp.2023049577. ISSN 2150-766X.

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Offizielle URL: https://www.dl.begellhouse.com/en/journals/17bbb47e377ce023,forthcoming,49577.html

Kurzfassung

Hydrazine is a commonly used propellant in spacecraft and satellite propulsion, but it is toxic as well as carcinogenic, and consequently the high costs associated with its handling, have led the propulsion community to seek alternatives. Our research group is exploring the use of nitromethane, a low-toxicity substance and a staple laboratory solvent, as the primary ingredient for a green monopropellant. However, nitromethane's ignition is challenging, requiring a certain level of pressure for stable combustion. To improve ignition and combustion behavior, we screened additives including transition metal acetylacetonates and other organometallic compounds. Gas-tight vessels in a DSC device and single droplet combustion tests were used to measure the influence of additives on the exotherm onset and peak in nitromethane thermal decomposition. The screening showed that some transition metal acetylacetonates and other organometallic compounds effectively enhance thermal decomposition in sealed-vessel DSC measurements. Ferrocene had the most significant influence: addition of 2 wt. % of this substance to nitromethane caused a decomposition peak shift from 384 °C to 280 °C. In single droplet combustion tests in an oxygen-deprived atmosphere at 3 bar, the addition of ferrocene caused a 40 % reduction of the droplet ignition delay time, combined with a 20 % higher combustion rate compared to neat nitromethane. This makes ferrocene a strong candidate for the use as an ignition and combustion catalyst in nitromethane-based propellants.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/199831/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Ignition of Nitromethane-Based Propellant Mixtures
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kurilov, MaximMaxim.Kurilov (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0256-7126NICHT SPEZIFIZIERT
Ziemer, LennartTU BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Weiser, VolkerFraunhofer-Institut für Chemische Technologie, Pfinztal, DNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ricker, Sophie ClaraSophie.Ricker (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3036-6279NICHT SPEZIFIZIERT
Kirchberger, ChristophChristoph.Kirchberger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7574-2581147692804
Schlechtriem, StefanStefan.Schlechtriem (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:13 Oktober 2023
Erschienen in:International Journal of Energetic Materials and Chemical Propulsion
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:23
DOI:10.1615/IntJEnergeticMaterialsChemProp.2023049577
Seitenbereich:Seiten 53-67
Verlag:Begell House
ISSN:2150-766X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:rocket propellant, green propulsion, nitromethane, CH3NO2, energetic material, single droplet combustion, ferrocene
HGF - Forschungsbereich:keine Zuordnung
HGF - Programm:keine Zuordnung
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L DT - Verteidigungstechnologie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L -  Wirkung
Standort: Lampoldshausen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtantriebe > Satelliten- und Orbitalantriebe
Hinterlegt von: Kurilov, Maxim
Hinterlegt am:29 Nov 2023 09:03
Letzte Änderung:29 Jan 2024 12:53

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