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．

肼-亚硝酸（N2H4-HONO）被认为是肼/氧化亚氮（N2H4/N2O4）自燃机制中无法解释的热源，肼/亚硝酸是用于航天器姿态控制的推进器推进剂，用于使用量子化学计算和统计力学计算对 N2H4-HONO 复合物的重要热力学性质进行了理论预测。今年，N2H4 和 HONO 的数量分别为 n、m ((N2H4)n-(HONO)m)，且 (n, m) = (1, 1), (1, 2), (2, 1 )、(2, 2)、(2, 3)、(3, 2)、(3, 3) 和(4, 3) 被搜索。显然，在 HONO 的 OH 基团的氧原子同时充当氢键供体和受体的结构中，HONO 的氢原子向 N2H4 一侧移动，形成 (N2H5+)-(NO2 -) 型离子络合物。计算了所探索的每个复合物的标准形成焓和标准熵。我们将所得结果总结为组成簇的分子数 (n, m)，并提出了用于外推 (N2H4)n-(HONO)m 络合物的标准生成焓和标准熵的估计公式。当我们计算温度为 298.15 K、总压为 1 bar、N2H4 和 HONO 的初始分压为 0.01 bar 时团簇形成反应吉布斯能时，我们发现在 n + m = 附近达到最大值6，并确认达到临界团簇尺寸，约为(N2H4)3-(HONO)3。