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關(guān)于Me163“彗星”所使用燃料的三兩事(3)

2022-08-26 12:12 作者:A珞斯曼  | 我要投稿

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? ? ??? 接著上篇專欄關(guān)于Me163“彗星”所使用燃料的三兩事(1)和關(guān)于Me163“彗星”所使用燃料的三兩事(2)的內(nèi)容。

? ? ? ? 我們接著回顧上期關(guān)于上篇專欄關(guān)于Me163A"彗星"使用的發(fā)動(dòng)機(jī)R II 203的內(nèi)容

? ? ? ? 關(guān)于Me163A“彗星”的R II 203 發(fā)動(dòng)機(jī)的大致工作原理。 ?以下為R II 203發(fā)動(dòng)機(jī)原理圖的各個(gè)圖示(請(qǐng)見圖1、和圖2) ? ??

?1、裝有壓縮空氣的罐子 ? ? ??

?2、裝有T—stoff(高濃度雙氧水溶液)的儲(chǔ)罐,已用于啟動(dòng)R II 203 發(fā)動(dòng)機(jī) ? ? ??

3、壓力平衡裝置 ? ??

? 4、燃燒室 ? ? ?

5、Z-stoff(高錳酸鈉(鈣)水溶液)流量調(diào)節(jié)閥 ? ? ??

6、Z-stoff(高錳酸鈉(鈣)水溶液)流量截止閥 ? ? ?

7、Z-stoff(高錳酸鈉(鈣)水溶液)排泄閥 ? ? ?

?8、渦輪機(jī)組?,驅(qū)動(dòng)燃料泵來運(yùn)行 ? ? ??

9、蒸汽產(chǎn)生器 ??

10、應(yīng)急截止閥門 ? ??

11、用應(yīng)急拉桿控制的閥門 ? ??

12、控制總閥 ? ??

13、壓力調(diào)節(jié)器? ?

P?、T—stoff(高濃度雙氧水溶液)輸送泵? ??

?P?、Z—stoff(高錳酸鈉(鈣)水溶液)輸送泵 ? ??

? ? ? ?原理簡(jiǎn)單來說就是1中的壓縮空氣把2中原本存有的過氧化氫溶液送入9中變?yōu)檎羝?,去?qū)動(dòng)渦輪機(jī)(8),通過驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)來帶動(dòng)燃料泵P?、 P? 去運(yùn)作來給燃燒室(4)輸送燃料,通過燃料泵P?、 P?中燃料在燃燒室中混合并產(chǎn)生反應(yīng),生成大量蒸汽從而達(dá)到驅(qū)動(dòng)。


R II 203 原理簡(jiǎn)圖
R II 203 發(fā)動(dòng)機(jī)照片

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? ? ?接著我們就來說一下有關(guān)于Me163“彗星”所使用雙氧水的一些其他的東西

?問題1? ?up主,你不是說過氧化氫能做為Me163“彗星”的燃料不是因?yàn)檫^氧化氫就有一定的氧化性嗎?那對(duì)于Me163A“彗星”來說,赫爾穆特 瓦爾特(Hellmuth Walter)利用過氧化氫(H?O?)作為Me163A“彗星”的燃料組分是因?yàn)檫^氧化氫具有氧化性的緣故嗎?

? ??? 我的回答,不是,首先,因?yàn)槟阋闱宄﨧e—163A “彗星”中過氧化氫(H?O?)是起到什么作用的,Me—163A “彗星”中過氧化氫(H?O?)的作用。

?? ? ?過氧化氫(H?O?)作為Me—163A “彗星”搭載的R II 203 發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)渦輪泵來驅(qū)動(dòng)燃料泵向燃燒室里輸送燃料的動(dòng)力來源,簡(jiǎn)單來說就是過氧化氫(H?O?)R II 203發(fā)動(dòng)機(jī)中的蒸汽產(chǎn)生器里產(chǎn)生高溫蒸汽,通過在蒸汽產(chǎn)生器中產(chǎn)生的高溫蒸汽作為驅(qū)動(dòng)渦輪泵的工作工質(zhì),從而驅(qū)動(dòng)燃料泵來使得發(fā)動(dòng)機(jī)工作。這里應(yīng)用的是過氧化氫(H?O?)受熱分解產(chǎn)生液態(tài)水和氧氣的放熱反應(yīng)來產(chǎn)生高溫蒸汽的特性。

? ? ? ? 第二個(gè),在過氧化氫(H?O?)作為Me—163A “彗星”搭載的R II 203?發(fā)動(dòng)機(jī)里,還有一個(gè)反應(yīng),就是中性條件下高錳酸鈉(鈣)水溶液與過氧化氫的反應(yīng),離子方程式如下。

? ? ? ? 還有,你可以發(fā)現(xiàn)上圖關(guān)于中性條件下高錳酸鈉(鈣)水溶液與過氧化氫的反應(yīng)是屬于氧化還原反應(yīng),過氧化氫在這個(gè)反應(yīng)中是還原劑,高錳酸根(MnO?? ?)是作為這個(gè)反應(yīng)的氧化劑存在的,接著我們就來說一下什么氧化還原反應(yīng)。

? ? ? ?氧化還原反應(yīng) (oxidation-reduction reaction)是化學(xué)反應(yīng)前后,元素的氧化數(shù)(就理解為是化合價(jià)就行了,畢竟把氧化數(shù)理解為是化合價(jià)雖說不太專業(yè),但是,對(duì)于大部分沒有接受過化學(xué)專業(yè)教育的人來說,這個(gè)氧化數(shù)這個(gè)詞是很陌生的)有變化并反應(yīng)中有電子轉(zhuǎn)移的一類反應(yīng)。為什么說中性條件下高錳酸鈉(鈣)水溶液與過氧化氫的反應(yīng)是屬于氧化還原反應(yīng)呢?因?yàn)?strong>中性條件下高錳酸鈉(鈣)水溶液與過氧化氫的反應(yīng)中高錳酸根(MnO??)變?yōu)榱硕趸i(MnO?),錳的氧化數(shù)由高錳酸根(MnO??)里的+7變?yōu)?strong>二氧化錳(MnO?)里的+4,氧的氧化數(shù)由過氧化氫(H?O?)中-1變?yōu)檠鯕猓∣?)中的0,因?yàn)樵谘趸€原反應(yīng)中,氧化數(shù)(化合價(jià))升高的為還原劑,氧化數(shù)(化合價(jià))降低的為氧化劑,所以就得出過氧化氫在這個(gè)反應(yīng)中是還原劑,高錳酸根(MnO??)是作為這個(gè)反應(yīng)的氧化劑這個(gè)結(jié)論。

? ? ? ?方程式如下,這也是赫爾穆特 瓦爾特(Hellmuth Walter )?使用中性高錳酸鈉(鈣)溶液與過氧化氫溶液的放熱反應(yīng)的原因之一,就是中性條件下高錳酸鈉(鈣)水溶液與過氧化氫的反應(yīng)中有二氧化錳(MnO?)生成,二氧化錳(MnO?)是可以催化過氧化氫分解,畢竟這個(gè)方程式在初中化學(xué)里就經(jīng)常提到,方程式如下。


問題2? Me 163A所使用的過氧化氫液體是使用鋁罐來裝,這個(gè)說法有依據(jù)嗎?

? ? ? ?Me 163A所使用的過氧化氫液體是使用鋁罐來裝這是有依據(jù)的,不僅文獻(xiàn)依據(jù),更具有理論依據(jù)。

? ? ? ?要說文獻(xiàn)依據(jù)在美國(guó)國(guó)家航空咨詢委員會(huì)(NACA)在1947年翻譯自由赫爾穆特 瓦爾特(Hellmuth Walter )在1943年編寫的英文譯名為《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE 》的文章中是這么記載的


? ? ? ? 這一段的大意就是,在運(yùn)輸T-stoff(80%的過氧化氫 / 少量的 8-羥基喹啉和磷酸鈉 / 20% 水 )時(shí),用鋁罐運(yùn)輸過氧化氫液體是最合適的。

? ? ? ?順便一提,?不只在Me163“彗星”有用到T-stoff,在V-2導(dǎo)彈(V-2導(dǎo)彈的原型為A-4)上也有使用到T-stoff(80%的過氧化氫 / 少量的 8-羥基喹啉和磷酸鈉 / 20% 水 ).

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? ? ? 至于說Me163A“彗星”使用的過氧化氫燃料使用鋁制容器盛裝的也是有理論依據(jù)的,不過這里的理論依據(jù)是使用化學(xué)反應(yīng)方程式和相關(guān)熱力學(xué)知識(shí)來說明的

? ? ? 已知鋁與過氧化氫會(huì)發(fā)生反應(yīng)2Al(s)+6H?O?(aq)→2Al(OH)?(s)+3O?(g)+3H?(g)?


? ? ? ?如果按照上面計(jì)算的結(jié)果,用鋁罐去裝T-Stoff 不就是一個(gè)笑話了,然而并不是,這個(gè)就像我們?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活中,我們用鋁制品去盛水,鋁制品的表面上并沒有出現(xiàn)大量的氣泡,這個(gè)就說明了,金屬鋁與水反應(yīng)或者金屬鋁與過氧化氫反應(yīng)在化學(xué)動(dòng)力學(xué)上是不能反應(yīng)的,所以一個(gè)反應(yīng),它既受到熱力學(xué)控制,也受到化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制。為什么呢?因?yàn)橐婚_始金屬鋁與水反應(yīng)或者金屬鋁與過氧化氫反應(yīng)都會(huì)生成Al(OH)?沉淀,當(dāng)然Al(OH)?會(huì)脫水生成致密的Al?O?氧化膜,已阻止反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)生,鋁罐去裝T-Stoff 是可以的。

問題3? 有網(wǎng)站上說,德軍使用T-stoff里,有加穩(wěn)定劑,穩(wěn)定劑組分為少量的 8-羥基喹(kúi)啉(lín)以及磷酸和磷酸鈉這個(gè)說法有依據(jù)嗎?

? ? ? 在美國(guó)國(guó)家航空咨詢委員會(huì)(NACA)在1947年翻譯自由赫爾穆特 瓦爾特(Hellmuth Walter )在1943年編寫的英文譯名為《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE 》的文章中是由提到過的。

phosphorus 這個(gè)詞在這篇文章是指代水溶性磷化合物,比如磷酸鹽,因?yàn)檫@個(gè)雙氧水穩(wěn)定劑是在水溶液中發(fā)揮作用的,不是指磷的單質(zhì),磷的單質(zhì)水溶性很差。這個(gè)穩(wěn)定劑它只能延緩重金屬離子對(duì)于T-stoff的分解。

? ? ? ? ?這一段中,hydroxyquinoline是指代羥基喹啉的意思,當(dāng)然8-羥基喹啉也屬于羥基喹啉的一種,只不過因?yàn)榱u基(-OH)在喹啉結(jié)構(gòu)的8號(hào)碳上,因此得名8-羥基喹啉。

8-羥基喹啉

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喹啉環(huán)上的編號(hào)順序

? ? ? ?不過根據(jù)英國(guó)的情報(bào)部門BIOS(British Intelligence Objective Sub-Committee)在1946年寫的《 BIOS Final Report No. 294: Hydrogen Peroxide Works of Otto Schickert & Co., at Bad Lauterberg and Rhumspringe》文件中是有提到8—羥基喹啉作為T-stoff的穩(wěn)定劑的組分。

8-hydroxyquinoline指的是8-羥基喹啉

? ? ? ?至于為什么用磷酸和磷酸鈉以及8—羥基喹啉作為T-stoff的穩(wěn)定劑,除了在專欄二戰(zhàn)德國(guó)的雙氧水火箭燃料助燃劑——T-stoff里有講到過8—羥基喹啉作為T-stoff的穩(wěn)定劑是因?yàn)?—羥基喹啉可以與能夠催化過氧化氫分解的鐵離子(Fe3?)和鋁離子(Al3?)形成配合物這個(gè)原因之外,還有一個(gè)原因,就是過氧化氫對(duì)于8—羥基喹啉的氧化速率是比較慢的。


問題4? 為什么Me163A中所使用的T-stoff中過氧化氫的濃度為80%?

? ? ??其實(shí)這個(gè)問題也是出自在美國(guó)國(guó)家航空咨詢委員會(huì)(NACA)在1947年翻譯自由赫爾穆特瓦爾特(Hellmuth Walter )在1943年編寫的英文譯名為《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE 》的文章中是由提到過的,在這篇文章的圖4里和圖1來說明

圖一 ,在圖一中a線代表過氧化氫—水體系里,反應(yīng)熱隨過氧化氫—水體系中過氧化氫含量的變化直線、b線代表在過氧化氫—水體系內(nèi)其混合物的飽和蒸汽的比焓值隨過氧化氫—水體系中過氧化氫含量的變化直線,c線代表在過氧化氫水體系內(nèi)其飽和液態(tài)混合物的液體熱,液體熱就將1千克0℃的未飽和水在定壓下加熱成為飽和水(即溫度達(dá)到沸點(diǎn))所加入的熱量叫液體熱,另外0℃時(shí)的水焓值約等于0(其實(shí)0℃時(shí),水的焓值為-0.04kJ/kg,但是通常為計(jì)算方便,0℃時(shí)的水焓值為0),本圖的以上數(shù)據(jù)是取一個(gè)大氣壓(P=101325pa)下的數(shù)據(jù) 。??

? ? ? ?至于圖一里各個(gè)線段的解析,我在專欄關(guān)于Me163“彗星”所使用燃料的三兩事(1)里有提到過,在過氧化氫(H?O?)—水(H?O)體系中,過氧化氫的質(zhì)量含量在64.5%的時(shí)候過氧化氫(H?O?)—水(H?O)飽和氣態(tài)混合物的氣態(tài)焓值與過氧化氫(H?O?)—水(H?O)混合物的分解熱是相等的,請(qǐng)見圖一中a線與b線的交點(diǎn),它的意義是這一點(diǎn)的意義就是在過氧化氫—水體系中,當(dāng)過氧化氫的含量大于64.5%的時(shí)候,其自身分解所放出的熱量可以使過氧化氫的含量大于64.5%的過氧化氫—水二元液體混合物變成過熱蒸汽。 而當(dāng)過氧化氫的含量在80%的時(shí)候,其自身分解所放出的熱量可以使過氧化氫—水二元液體混合物變成過熱蒸汽。

? ? ? ? 圖四為過氧化氫(H?O?)—水(H?O)體系中的凝固點(diǎn)與過氧化氫(H?O?)—水(H?O)體系中隨過氧化氫濃度的變化圖表,在過氧化氫(H?O?)—水(H?O)體系中過氧化氫濃度在55%-60%的區(qū)間內(nèi)有一個(gè)最低凝固點(diǎn)(-55℃),但是根據(jù)圖一,過氧化氫(H?O?)—水(H?O)體系想要變?yōu)檫^熱蒸汽時(shí),過氧化氫的濃度必須大于64.5%,因此55%-60%區(qū)間的過氧化氫溶液作為Me163 A“”驅(qū)動(dòng)燃料是不夠用的。

? ? ? ?在80%的時(shí)候,在?圖四為過氧化氫(H?O?)—水(H?O)體系中的凝固點(diǎn)與過氧化氫(H?O?)—水(H?O)體系中隨過氧化氫濃度的變化圖表中,它的凝固點(diǎn)是在-25℃左右,而且,他還要考慮到這個(gè)Me163A驅(qū)動(dòng)燃料T-stoff的使用地點(diǎn)是在德國(guó),但是,考慮到德國(guó)的氣候,尤其德國(guó)的冬天,氣溫會(huì)經(jīng)常跌到0℃以下,所以,用80%的過氧化氫溶液作為Me163A或者M(jìn)e163B的共用驅(qū)動(dòng)燃料組分之一是出于產(chǎn)生蒸汽的能力與使用環(huán)境之間的平衡。

? ? ? 還有一點(diǎn)100%的過氧化氫的凝固點(diǎn)是-0.43℃。所以如果考慮T-stoff在德國(guó)的冬天使用的話,100%的過氧化氫是不可能作為T-stoff的配方來使用的。

問題5??在動(dòng)漫作品《強(qiáng)襲魔女 通往柏林之路》的第九集,卡里斯蘭三人組(明娜、巴克霍隆、哈特曼等人),被高濃度過氧化氫溶液沾到后全身“棵體”以及魯基尼的胖次被高濃度過氧化氫溶液沾到出現(xiàn)破洞,所以有人引用到駕駛Me-163“彗星戰(zhàn)斗機(jī)的飛行員要穿防護(hù)服,原因是為了盡量減輕高濃度過氧化氫溶液因發(fā)生泄漏導(dǎo)致飛行員的損傷,關(guān)于這個(gè)說法,那個(gè)說法有什么文獻(xiàn)考證嗎?



? ? ? ? 雖說,我并沒有找到Me163“彗星”的操作手冊(cè),但還是在美國(guó)國(guó)家航空咨詢委員會(huì)(NACA)在1947年翻譯自由赫爾穆特 瓦爾特(Hellmuth Walter )在1943年編寫的英文譯名為《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE 》的文章中是由提到過的, 在我畫線的部分,其大概意思為高濃度過氧化氫溶液濺到人所穿的衣物身上,會(huì)造成衣物的損傷,所以飛行員應(yīng)此要穿有由橡膠或者由聚氯乙烯纖維做成的衣物。

當(dāng)然這個(gè)Me163“彗星”的飛行員所穿的聚氯乙烯防護(hù)服的歷史照片也是有的





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