Investigation of the impact of aerosol aggregation process on hypergolic ignition of hydrazine derivatives / dinitrogen tetroxide

研究气溶胶聚集过程对肼衍生物/四氧化二氮自燃的影响

• 批准号: 22K03954
• 负责人: 菅野 望
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Meijo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03954/
• 关键词: 推進薬; 詳細反応モデル; エアロゾル凝集モデル; 宇宙機推進薬; 着火・燃焼; ヒドラジン誘導体; エアロゾル

宇宙機の姿勢制御用スラスター推進剤であるヒドラジン/四酸化二窒素 (N2H4/N2O4) の自己着火メカニズムにおける未解明発熱源と考えられるヒドラジン-亜硝酸 (N2H4-HONO) エアロゾル凝集過程の初期段階において重要となる N2H4-HONO 錯体の熱力学物性について，量子化学計算と統計力学計算による理論予測を行った．本年度は N2H4, HONO の数をそれぞれ n, m ((N2H4)n-(HONO)m) として (n, m) = (1, 1), (1, 2), (2, 1), (2, 2), (2, 3), (3, 2), (3, 3), (4, 3) までの探索を行った．HONO のOH 基の酸素原子が同時に水素結合のドナー，アクセプターとなるような構造では，HONO の水素原子が N2H4 側に移動し，(N2H5+)-(NO2-) 型のイオン錯体となることが明らかとなった．探索した各錯体について標準生成エンタルピー，標準エントロピーを計算した．得られた結果について，クラスターを構成する分子数 (n, m) について整理し，(N2H4)n-(HONO)m 錯体の標準生成エンタルピー，標準エントロピーを外挿する推定式を提案した．温度 298.15 K, 全圧 1 bar, N2H4, HONO 初期分圧をそれぞれ 0.01 bar とした際のクラスター生成に関する反応ギブズエネルギーを計算したところ，n + m = 6 付近で最大値をとり，臨界クラスターサイズが (N2H4)3-(HONO)3 程度であることが確認された．

使用量子化学和统计机制计算进行了理论预测，该计算是N2H4-hono复合物的热力学特性，这被认为是氢氮/亚硝酸盐四氧化盐自动调查机理中无法解释的热源（N2H4/N2O4）（N2H4/N2O4），一种用于SPACECRAFT SPACECRAFT STEPSTAFT STESSTAPT ATTESSTATCT的推力。 N2H4-hono复合物的热力学特性，在气溶胶聚集过程的早期阶段很重要。今年，我们分别搜索了N2H4和Honos，N，M（（N2H4）N-（Hono）m），最多为（n，m）=（n，m）=（1，1），（1，2），（2，1），（2，1），（2，2），（2，2），（2，3），（3，2），（3，2），（3，3，3），（3，3），（4，4，4，4，4，4，4，4，4，4，4，4，4，4，4，4，4，4，4，4，4，4，3）。已经揭示了在Hono OH组的氧原子同时成为氢键的供体和受体中，Hono的氢原子向N2H4侧迁移，从而导致（N2H5+） - （NO2-）类型的离子复合物。计算每个搜索复合物的形成和标准熵的标准焓。总结了构成集群的分子数（n，m）的数量，并提出了一个估算方程，该方程推断了（N2H4）N-（Hono）M复合物的标准焓和标准熵。当温度为298.15 K，总压力1 BAR，N2H4和HONO时，计算出簇形成的反应Gibbs能量时，初始部分压为0.01 bar，并且发现最大值左右，则在N + M = 6左右，临界簇大小约为（N2H4）3-（N2H4）3-（HONO）3。