Varför används Hydrazine för att driva F-16: s EPU?

De viktigaste kraven för EPU är att det ska vara enkelt, underhållsfritt, leverera ström omedelbart och konsekvent för den tid som krävs. Användning av hydrazin försäkrar detta samtidigt som det krävs noggrann hantering.

I grunden producerar den katalytiska sönderdelningen av hydrazin ammoniak, kväve och väte. Exhuastgaser från EPU-turbin innehåller 40% ammoniak, 17% kväve, 15% väte och 28% vatten.

$ 3N_ {2} H_ {4} \ rightarrow 4NH_ {3} + N_ {2} $

$ 4NH_ {3} \ rightarrow 2N_ {2} + 6H_ {2} $

$ 3N_ {2} H_ {4} \ rightarrow 4 (1-x) NH_ {3} + 6xH_ {2} + (2x + 1) N_ {2} $

där x är fraktionen av $ NH_ {3} $ disassociated.

Vattnet ändrar sönderdelningstemperaturen (EPU når temperaturer på ~ 870 $ ^ {\ circ} C $), vilket förhindrar termisk skada på katalysatorbädden och turbindelarna. När vattnet tar bort värmen blir den till ånga som hjälper till med att driva EPU.

EPU, med hydrazin spinn upp till cirka 75.000 rpm i 2-3 sekunder (F-16 EPU startar inom 2 sekunder). Det skulle ta mycket längre tid om ett annat bränsle, som JP-8, användes. När det behövs (EPU körs normalt på luftblåsningsluft), är hydrazin tvingad till sönderdelningskammare med kvävstryck , där ovanstående reaktioner ger gaserna att köra turbinen / växellådan. Nedbrytningen av hydrazin ger tillräckligt med tryck, vilket eliminerar behovet av kompressor, vilket sparar vikt och eliminerar dessutom behovet av en tändare, vilket minskar komplexiteten.

För den angivna vikten ger den kontinuerlig drift under önskad tid. I F-16 bär EPU ~ 251 hydrazin, vilket medger drift under ca 10 minuter under normala belastningsförhållanden och 15 minuter om belastningarna är mindre (dvs i marken). Om någon annan form (t.ex. batteri eller patron) användes skulle det vara svårt att ha en lång driftstid utan kraftig ökning av massan.

För ett stridsflygplan är RAT inte ett alternativ. En hydrazindriven EPU skulle också fungera i någon höjd eller under manövrering eftersom det inte behöver någon extern oxidationsmedel.

Referenser:

Avgassammansättning av F-16 nödkraftaggregat av Harry J. Suggs et al.

Teknisk beställning 00-105E-9, USAF

AFR 110-14 USAF flygplan olycka undersökningsrapport.

F-16 manual

Tack till @Peter för att påpeka fel.

För att fylla tomrummen i aeroalias svar:

Hydrazin är en monopropellant , något som inte behöver blandas och brännas för att frigöra energin i dess kemiska bindningar. Denna energi frigörs genom att låta hydrazinströmmen över en katalysator , om F-16 EPU är iridium . Detta bryter den kemiska bindningen, producerar ammoniak, kvävegas, vätgas och värme som omvandlar vattnet till ånga. Uppvärmning ökar volymen av gaserna och ångan så att de hämtar hastigheten, precis som gaserna i förbränningskammare av en jetmotor . I katalysatorkammaren i F-16: s EPU når temperaturen över 800 ° C på bara några millisekunder, och ingen förbränning är involverad! Denna högtryckspump med hög hastighet strömmar genom en liten turbin som i sin tur driver en generator och levererar hydrauliskt tryck.

Komprimering behövs inte eftersom tryck levereras från flaskan innehållande hydrazin-vattenblandningen. Att använda en monopropellant undviker också tändproblem och gör installationen väldigt enkel. Eftersom hydrazin är ganska stabil vid högt tryck och omgivningstemperatur är hållbarheten hos en hydrazinmotor hög och vätsketillståndet i hydrazin-vattenblandningen gör lagringen mycket kompakt. Precis vad du behöver i ett flygplan.

Hydrazinanvändning är relaterad till flygplansstabilitet. Utan ström till datorerna flyger F-16: s föredragna flyginställning första svansen. Den grundläggande flygplanet är aerodynamiskt instabil, avsiktligt för att uppnå hög prestanda. Flight Control-datorerna bibehåller stabiliteten.

Om strömmen går ner, behöver piloten plötsligt vada stövlar. För att förhindra sådana olyckliga omständigheter specificerades APU att den skulle vara online vid full effekt 0,25 sekunder efter strömavbrott.

Det var uppenbart att i slutet av 60-talet till början av 70-talet (designår) kunde inget annat uppfylla kraven på snabbstart, vikt och maktuthållighet.