Monergol - Monopropellant

Les monergols sont des propergols composés de produits chimiques qui libèrent de l'énergie par décomposition chimique exothermique. L'énergie de liaison moléculaire du monergol est généralement libérée grâce à l'utilisation d'un catalyseur. Cela peut être mis en contraste avec les bipropulseurs qui libèrent de l'énergie grâce à la réaction chimique entre un comburant et un carburant. Bien que stables dans des conditions de stockage définies, les monergols se décomposent très rapidement dans certaines autres conditions pour produire un grand volume de ses propres gaz énergétiques (chauds) pour l'exécution de travaux mécaniques. Bien que les déflagrants solides tels que la nitrocellulose , le propulseur le plus couramment utilisé dans les armes à feu, puissent être considérés comme des monergols, le terme est généralement réservé aux liquides dans la littérature technique.

Les usages

L'utilisation la plus commune des monergols est faible impulsion monopropellant moteurs de fusée , tels que les propulseurs de contrôle de la réaction , l'agent propulseur habituel étant hydrazine qui est généralement décomposé par exposition à un iridium catalyseur lit (l'hydrazine est pré-chauffé pour maintenir le liquide réactif) . Cette décomposition produit le jet de gaz chaud souhaité et donc la poussée . Le peroxyde d'hydrogène a été utilisé comme source d'alimentation pour les pompes des réservoirs de propergol dans des fusées comme le V-2 allemand de la Seconde Guerre mondiale et le Redstone américain . Le peroxyde d'hydrogène est passé à travers une maille de catalyseur en platine , ou entre en contact avec des billes de céramique imprégnées de dioxyde de manganèse , ou une solution de permanganate Z-Stoff est co-injectée, ce qui provoque la décomposition du peroxyde d'hydrogène en vapeur chaude et en oxygène.

Les monergols sont également utilisés dans certains systèmes de propulsion indépendants de l'air (AIP) pour « alimenter » des moteurs alternatifs ou à turbine dans des environnements où l'oxygène libre n'est pas disponible. Les armes destinées principalement au combat entre sous- marins à propulsion nucléaire entrent généralement dans cette catégorie. Le propulseur le plus couramment utilisé dans ce cas est le dinitrate de propylène glycol stabilisé ( PGDN ), souvent appelé « carburant Otto ». Une utilisation future potentielle des monergols non directement liés à la propulsion concerne les centrales électriques compactes à haute intensité pour les environnements aquatiques ou exoatmosphériques.

Recherche en bref

De nombreux travaux ont été effectués aux États-Unis dans les années 1950 et 1960 pour tenter de trouver des monergols meilleurs et plus énergétiques. Pour la plupart, les chercheurs sont arrivés à la conclusion que toute substance unique contenant suffisamment d'énergie pour rivaliser avec les bipropulseurs serait trop instable pour être manipulée en toute sécurité dans des conditions pratiques. Avec de nouveaux matériaux, systèmes de contrôle et exigences pour les propulseurs hautes performances, les ingénieurs réexaminent actuellement cette hypothèse.

De nombreux esters d'alcools partiellement nitrés peuvent être utilisés comme monergols. Le « dinitrate de triméthylène glycol » ou dinitrate de 1,3-propanediol est isomère avec le PGDN et produit comme sous-produit fractionné dans toutes les conditions de laboratoire, sauf les plus exigeantes ; la gravité spécifique légèrement inférieure (et donc la densité énergétique ) de ce composé plaide contre son utilisation, mais les différences mineures de chimie peuvent s'avérer utiles à l'avenir.

Le « dinitrodiglycol », plus correctement appelé dinitrate de diéthylène glycol dans la notation moderne, a été largement utilisé pendant la Seconde Guerre mondiale en Allemagne, à la fois seul comme monergol liquide et colloïdal avec la nitrocellulose comme propulseur solide. Les caractéristiques par ailleurs souhaitables de ce composé ; il est assez stable, facile à fabriquer et a une densité énergétique très élevée ; sont entachés d'un point de congélation élevé (-11,5 °C) et d'une dilatation thermique prononcée, tous deux problématiques dans les engins spatiaux. La "dinitrochlorhydrine" et la "tétranitrodiglycérine" sont également des candidats probables, bien qu'aucune utilisation actuelle ne soit connue. Les polynitrates d'hydrocarbures à longue chaîne et aromatiques sont invariablement des solides à température ambiante, mais beaucoup sont solubles dans des alcools ou des éthers simples en proportion élevée, et peuvent être utiles dans cet état.

L'hydrazine , l'oxyde d'éthylène , le peroxyde d'hydrogène (en particulier sous sa forme allemande de la Seconde Guerre mondiale sous le nom de T-Stoff ) et le nitrométhane sont des monergols courants pour les fusées. Comme indiqué, l'impulsion spécifique des monergols est inférieure à celle des biergols et peut être trouvée avec l'outil Air Force Chemical Equilibrium Specific Impulse Code.

Un monergol plus récent en cours de développement est l'oxyde nitreux , à la fois pur et sous forme de mélanges de carburant à l'oxyde nitreux . Le protoxyde d'azote présente les avantages d'être auto-pressurisant et d'être relativement non toxique, avec une impulsion spécifique intermédiaire entre le peroxyde d'hydrogène et l'hydrazine. Le protoxyde d'azote génère de l'oxygène lors de la décomposition, et il est possible de le mélanger avec des carburants pour former un mélange monergol avec une impulsion spécifique jusqu'à 325 s, comparable aux biergols hypergoliques .

La comparaison directe des propriétés physiques, des performances, du coût, de la capacité de stockage, de la toxicité, des exigences de stockage et des mesures de rejet accidentel pour le peroxyde d'hydrogène, le nitrate d'hydroxylammonium (HAN), l'hydrazine et divers monergols à gaz froid montre que l'hydrazine est la plus performante en termes d'impulsion spécifique. Cependant, l'hydrazine est aussi la plus chère et la plus toxique. De plus, le HAN et le peroxyde d'hydrogène ont l'impulsion de densité la plus élevée (impulsion totale par unité de volume donnée).

Voir également

Les références

Liens externes

  • Sutton, George P. (1992) [1949]. Éléments de propulsion de fusée (6e éd.). New York : John Wiley & Fils. ISBN 0-471-52938-9.
  • Il y a un chapitre entier sur l'histoire du développement des monergols dans l'autobiographie

John D. Clark (1972). Allumage! Une histoire informelle des propergols liquides pour fusées (PDF) . ISBN 0-8135-0725-1.