Ontbindingstemperatuur

Uit de grafiek (zie fig. 3) kan men afleiden dat bij een bij een initiele waterstof-peroxidetemperatuur (80 %) van 20 °C en een kamerdruk van 20-30 bar de adiabatische ontbindingstemperatuur bij volledige H2O2ontleding maximaal rond 490 °C kan liggen. Nu was deze H₂0₂ ontleding in de Duitse motoren zeker niet volledig, er waren warmteverliezen en ook het water in de catalysatoroplossing diende verdampt waardoor warmte teloor ging. Aldus kan worden verwacht dat 490°C niet kon gehaald worden. Toch vermeldt de literatuur (3) voor de monopropellant motor R-2 203 een uitlaat temperatuur van 600 °C. Welnu, dit is to wijten aan het feit dat de initiele temperatuur van de H₂0₂ die in de motor gesproeid werd hoger lag dan 20°C. Dit omdat het voorverwarmd werd door de H₂0₂ ontbindingsgassen in de motor. De R-2 203 motor was nl. Met een koelmantel uitgerust en werd met zijn eigen waterstofperoxidetoevoer gekoeld. Bij 20-30 bar druk werd het kookpunt ervan niet bereikt en bleef het peroxide vloeibaar. De ontbindingstemperatuur dient zo hoog mogelijk to liggen: daarbij levert de motor de hoogste impuls. Ik trachtte het effect van begintemperatuur van de waterstofperoxidetoevoer op de eindtemperatuur van de ontbinding to berekenen op basis van grafieken uit de literatuur (5) en fig. 8. Het resultaat hiervan is weergeven in grafiek fig. 7. Volgens H. Walter (4) kan men de eindtemperatuur binnen 10-30 bar kamerdruk benaderend berekenen door de temperatuur van C-stof (80 % H202) toevoer to vermenigvuldigen met factor 1,5 en deze bij de ontbindingstemperatuur waarde van 0 °C (zie fig.3) bij to tellen. In mijn grafiek liggen deze factorwaarden tussen 1,4 en 1,6.

Nemen we aan dat de H₂0₂ ontbinding enigzins onvolledig was, dan zou volgens fig. 7 een eindtemperatuur van 600 °C bereikt kunnen worden door opwarming van de 80 % H202 toevoer tot 90 °C bij 20 bar. Met de vermelde warmteverliezen waarschijnlijk nog enkele tientallen graden meer.

Fig. 7: raming van het effect van de H202 toevoertemperatuur op de ontbindingstemperatuur bij 20 bar kamerdruk voor resp. 70, 80 and 90 % H₂0₂

Fig. 8: effect van de begintemperaturen (-10 tot 50 °C) van waterstofperoxideoplossingen van verschillende concentraties (70% - 90%, increment 5%) op de adiabatische ontbindingstemperatuur en dit bij verscheidene drukken (0 - 40 bar)

De vraag wordt dikwijls gesteld waarom de ontbinding van de totale peroxidestroom in de Me-163 niet op een vast catalysatorbed werd doorgevoerd in plaats van het to ontbinden door menging met vloeibare permanganaatcatalysator. Dergelijk catalysatorbed bestond want het werd ingezet om een deelstroom van de H₂0₂ to ontbinden om de turbinepompen to bekrachtigen. Walter (4) meldt na de oorlog dat de vaste catalysatorbedden daartoe toen nog to groot en zwaar waren. Verder kan men zich nog afvragen waarom de waterstofperoxide naar de raketmotor niet door middel van drukflessen gebeurde en de eerder gecompliceerde turbinepompen werden ingezet. De toevoer van de waterstofperoxide naar de vaste catalysatorpot die voor de turbineaandrijving zorgde gebeurde immers juist met perslucht uit Hessen. Hierover las ik o.a. dat er problemen waren met kristalliseren (bevriezen) van H₂0₂ of permanganaat leidingen en tanks door de het ontspanningskoeleffect (6). Verder zijn turbines ideaal om een variabele impuls to bekomen, nodig voor de besturing van een onderschepper van bombardementsvliegtuigen op grotere hoogte. Er bestonden eenvoudigere raketten, bijvoorbeeld de JATO eenheden 109-500 en vliegende bommen 109-507 die d.m.v. gasdruk (perslucht), dus zonder turbines, permanganaatoplossing en H₂0₂ bij elkaar sproeiden in de motor.