|
: <math> \mathrm{KNO3 + C \rightarrow K2CO3 + K2O + N2 + CO2 + CO + Q}</math>
A pontos reakciót felírni eléggé bonyolult feladat, nehéz felmérni, hogy mennyi szén oxidálódik szénmonoxiddá, mennyi alakul tovább széndioxiddá, esetleg mennyi marad korom formájában, mennyi [[nitrogén]] oxidálódik nitrogén-oxidokká, mennyi [[kálium-hidroxid]] képződik stb., a lényeg hogy látható a gáz- (N2N<sub>2</sub>, CO2CO<sub>2</sub>, CO) illetve a hőfejlődés. Minél több gáz és hő keletkezik, annál jobb az üzemanyagunk. Az ideális az lenne, ha csak [[gáz]]nemű termékek keletkeznének, sajnos ez korántsem így van, az említett példánál maradva az égéstermékek tömegének ~55%-a szilárd halmazállapotú (70-80% KNO3KNO<sub>3</sub> tartalomnál). Ez nagyban rontja a hajtóanyag "„[[teljesítmény]]ét"ét”, a szilárd részecskék ugyanis nagyobb tömegüknél fogva nem képesek annyira felgyorsulni mint a jóval könnyebb gázmolekulák, kisebb lesz tehát a rakétamotor impulzusa.
A fejlődő hőmennyiség a másik tényező, amitől a rakétaüzemayag "ereje"„ereje” függ. Ezt úgy az oxidálószer mint a tüzelőanyag milyensége is befolyásolja. Egyes oxidálószerek (pl. a nitrátok) bomlása endoterm (hőelvonással jár) míg például a perklorátok bomlása exoterm folyamat (hőfejlődéssel jár). Egyértelmű, hogy ez utóbbiak használatával jobb üzemanyagok készíthetoek (lásd kompozit üzemanyagok). A [[tüzelőanyag]]ok szintén nagyban hozzájárulnak a keletkező hőmennyiséghez, például egy molekula szénmonoxid keletkezése során csupán 26 kcal szabadul fel, míg egy molekula [[alumínium-oxid]] keletkezése 400 kcal felszabaduló energiával jár. Nem véletlen tehát hogy a fajlagos impulzus növelése céljából többek között alumíniumport adagolnak a szilárd hajtóanyagokba
Az égéstermékek molekulatömege egy olyan tényező, ami talán első látásra nem egyértelmű módon befolyásolja a rakétaüzemanyagok energetikai [[potenciál]]ját. Ha megnézzük azonban a fajlagos impulzus képletét, láthatjuk, hogy a kisebb molekulatömegű égéstermékek nagyobb fajlagos impulzust eredményeznek. Ebből az következik, hogy minél kisebb molekulatömegű oxidáló- illetve redukálószerek használatára kell törekedni, amennyiben egy magas fajlagos impulzusú üzemanyag előállítása a cél. Oxidálószerként így leginkább az ammónium-nitrát, ammónium-perklorát az előnyösek, tüzelőanyagként pedig a könnyebb fémporok, mint például a berillium vagy a magas hidrogéntartalmú szerves vegyuletek kerülnek előtérbe.
A fentiek fényében látható, hogy egy adott oxidálószer/redukalószer-páros fajlagos impulzusa nem feltétlenül akkor a legnagyobb, ha az oxidálószer bomlása során a tüzelőanyag teljes oxidációjához éppen elegendő mennyiségű [[oxigén]] keletkezik. A káliumnitrát/szén üzemanyagnál maradva: ha a sztöchiometriát nézzük, egy mól KNO3 bomlása 1.25 mól O2-t erdményez, ami 1.,25 mól szén CO2CO<sub>2</sub>-á való oxidálásához elég. Ez tömegarányban kifejezve ~75/15 KNO3KNO<sub>3</sub>/C keveréket jelent, a keverék fajlagos impulzusa pedig Isp = 133 s. A sztöchiometrikus aránytól eltérő, 80/20 tömegarányú keverék fajlagos impulzusa viszont Isp = 143 s. Ez utóbbi esetben az üzemanyag oxigéntartalma nem elég a szén teljes oxidációjához, az égés során kb. kétszer annyi szénmonoxid keletkezik, mint széndioxid. Az égéstermékek kisebb molekulatömege miatt nagyobb a kiáramlási sebesség és magasabb a fajlagos impulzus. Ha azonban még több szenet adagolunk a keverékhez, akkor ismét csak csökkeni fog az Isp, mert ennek már a felszabaduló hőmennyiség látja kárát. Egy [[molekula]] CO2 képződésekor ugyanis 94 kcal hő szabadul fel, míg ugyanez az érték a CO esetében jóval kisebb, csupán 26 kcal/mól. Meg kell találni tehát az arany középutat, ami a legmagasabb fajlagos impulzust eredményezi. Nagyon megkönnyíti dolgunkat egy üzemanyag-szimuláló program használata (pl. Propep, Guipep) amelyek szerencsére elérhetőek a világhálón.
== Kompozit üzemanyagok ==
|
