关于Me163“彗星”所使用燃料的三两事（3）

      

 

        接着上篇专栏关于Me163“彗星”所使用燃料的三两事（1）和关于Me163“彗星”所使用燃料的三两事（2）的内容。

        我们接着回顾上期关于上篇专栏关于Me163A"彗星"使用的发动机R II 203的内容

        关于Me163A“彗星”的R II 203 发动机的大致工作原理。  以下为R II 203发动机原理图的各个图示（请见图1、和图2）     

 1、装有压缩空气的罐子       

 2、装有T—stoff（高浓度双氧水溶液）的储罐，已用于启动R II 203 发动机       

3、压力平衡装置     

  4、燃烧室      

5、Z-stoff（高锰酸钠（钙）水溶液）流量调节阀       

6、Z-stoff（高锰酸钠（钙）水溶液）流量截止阀      

7、Z-stoff（高锰酸钠（钙）水溶液）排泄阀      

 8、涡轮机组 ，驱动燃料泵来运行       

9、蒸汽产生器   

10、应急截止阀门     

11、用应急拉杆控制的阀门     

12、控制总阀     

13、压力调节器   

P₁、T—stoff（高浓度双氧水溶液）输送泵    

 P₂、Z—stoff（高锰酸钠（钙）水溶液）输送泵     

       原理简单来说就是1中的压缩空气把2中原本存有的过氧化氢溶液送入9中变为蒸汽，去驱动涡轮机（8），通过驱动涡轮机来带动燃料泵P₁、 P₂ 去运作来给燃烧室（4）输送燃料，通过燃料泵P₁、 P₂中燃料在燃烧室中混合并产生反应，生成大量蒸汽从而达到驱动。

        

     接着我们就来说一下有关于Me163“彗星”所使用双氧水的一些其他的东西

 问题1   up主，你不是说过氧化氢能做为Me163“彗星”的燃料不是因为过氧化氢就有一定的氧化性吗？那对于Me163A“彗星”来说，赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter）利用过氧化氢（H₂O₂）作为Me163A“彗星”的燃料组分是因为过氧化氢具有氧化性的缘故吗？

      我的回答，不是，首先，因为你要搞清楚Me—163A “彗星”中过氧化氢（H₂O₂）是起到什么作用的，Me—163A “彗星”中过氧化氢（H₂O₂）的作用。

      过氧化氢（H₂O₂）作为Me—163A “彗星”搭载的R II 203 发动机的驱动涡轮泵来驱动燃料泵向燃烧室里输送燃料的动力来源，简单来说就是过氧化氢（H₂O₂）在R II 203发动机中的蒸汽产生器里产生高温蒸汽，通过在蒸汽产生器中产生的高温蒸汽作为驱动涡轮泵的工作工质，从而驱动燃料泵来使得发动机工作。这里应用的是过氧化氢（H₂O₂）受热分解产生液态水和氧气的放热反应来产生高温蒸汽的特性。

        第二个，在过氧化氢（H₂O₂）作为Me—163A “彗星”搭载的R II 203 发动机里，还有一个反应，就是中性条件下高锰酸钠（钙）水溶液与过氧化氢的反应，离子方程式如下。

        还有，你可以发现上图关于中性条件下高锰酸钠（钙）水溶液与过氧化氢的反应是属于氧化还原反应，过氧化氢在这个反应中是还原剂，高锰酸根（MnO₄⁻  ）是作为这个反应的氧化剂存在的，接着我们就来说一下什么氧化还原反应。

       氧化还原反应 （oxidation-reduction reaction）是化学反应前后，元素的氧化数（就理解为是化合价就行了，毕竟把氧化数理解为是化合价虽说不太专业，但是，对于大部分没有接受过化学专业教育的人来说，这个氧化数这个词是很陌生的）有变化并反应中有电子转移的一类反应。为什么说中性条件下高锰酸钠（钙）水溶液与过氧化氢的反应是属于氧化还原反应呢？因为中性条件下高锰酸钠（钙）水溶液与过氧化氢的反应中高锰酸根（MnO₄⁻）变为了二氧化锰（MnO₂），锰的氧化数由高锰酸根（MnO₄⁻）里的+7变为二氧化锰（MnO₂）里的+4，氧的氧化数由过氧化氢（H₂O₂）中-1变为氧气（O₂）中的0，因为在氧化还原反应中，氧化数（化合价）升高的为还原剂，氧化数（化合价）降低的为氧化剂，所以就得出过氧化氢在这个反应中是还原剂，高锰酸根（MnO₄⁻）是作为这个反应的氧化剂这个结论。

       方程式如下，这也是赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter ） 使用中性高锰酸钠（钙）溶液与过氧化氢溶液的放热反应的原因之一，就是中性条件下高锰酸钠（钙）水溶液与过氧化氢的反应中有二氧化锰（MnO₂）生成，二氧化锰（MnO₂）是可以催化过氧化氢分解，毕竟这个方程式在初中化学里就经常提到，方程式如下。

问题2  Me 163A所使用的过氧化氢液体是使用铝罐来装，这个说法有依据吗？

       Me 163A所使用的过氧化氢液体是使用铝罐来装这是有依据的，不仅文献依据，更具有理论依据。

       要说文献依据在美国国家航空咨询委员会（NACA）在1947年翻译自由赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter ）在1943年编写的英文译名为《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE 》的文章中是这么记载的

        这一段的大意就是，在运输T-stoff（80%的过氧化氢 / 少量的 8-羟基喹啉和磷酸钠 / 20% 水 ）时，用铝罐运输过氧化氢液体是最合适的。

       顺便一提， 不只在Me163“彗星”有用到T-stoff，在V-2导弹（V-2导弹的原型为A-4）上也有使用到T-stoff（80%的过氧化氢 / 少量的 8-羟基喹啉和磷酸钠 / 20% 水 ）.

       

      至于说Me163A“彗星”使用的过氧化氢燃料使用铝制容器盛装的也是有理论依据的，不过这里的理论依据是使用化学反应方程式和相关热力学知识来说明的

      已知铝与过氧化氢会发生反应2Al(s)+6H₂O₂(aq)→2Al(OH)₃(s)+3O₂(g)+3H₂(g) 

       如果按照上面计算的结果，用铝罐去装T-Stoff 不就是一个笑话了，然而并不是，这个就像我们在现实生活中，我们用铝制品去盛水，铝制品的表面上并没有出现大量的气泡，这个就说明了，金属铝与水反应或者金属铝与过氧化氢反应在化学动力学上是不能反应的，所以一个反应，它既受到热力学控制，也受到化学动力学控制。为什么呢？因为一开始金属铝与水反应或者金属铝与过氧化氢反应都会生成Al(OH)₃沉淀，当然Al(OH)₃会脱水生成致密的Al₂O₃氧化膜，已阻止反应的进一步发生，铝罐去装T-Stoff 是可以的。

问题3  有网站上说，德军使用T-stoff里，有加稳定剂，稳定剂组分为少量的 8-羟基喹（kúi）啉（lín）以及磷酸和磷酸钠这个说法有依据吗?

      在美国国家航空咨询委员会（NACA）在1947年翻译自由赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter ）在1943年编写的英文译名为《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE 》的文章中是由提到过的。

         这一段中，hydroxyquinoline是指代羟基喹啉的意思，当然8-羟基喹啉也属于羟基喹啉的一种，只不过因为羟基（-OH）在喹啉结构的8号碳上，因此得名8-羟基喹啉。

        

       不过根据英国的情报部门BIOS（British Intelligence Objective Sub-Committee）在1946年写的《 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—羟基喹啉作为T-stoff的稳定剂的组分。

       至于为什么用磷酸和磷酸钠以及8—羟基喹啉作为T-stoff的稳定剂，除了在专栏二战德国的双氧水火箭燃料助燃剂——T-stoff里有讲到过8—羟基喹啉作为T-stoff的稳定剂是因为8—羟基喹啉可以与能够催化过氧化氢分解的铁离子（Fe³⁺）和铝离子（Al³⁺）形成配合物这个原因之外，还有一个原因，就是过氧化氢对于8—羟基喹啉的氧化速率是比较慢的。

问题4  为什么Me163A中所使用的T-stoff中过氧化氢的浓度为80%？

      其实这个问题也是出自在美国国家航空咨询委员会（NACA）在1947年翻译自由赫尔穆特瓦尔特（Hellmuth Walter ）在1943年编写的英文译名为《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE 》的文章中是由提到过的，在这篇文章的图4里和图1来说明

       至于图一里各个线段的解析，我在专栏关于Me163“彗星”所使用燃料的三两事（1）里有提到过，在过氧化氢（H₂O₂）—水（H₂O）体系中，过氧化氢的质量含量在64.5%的时候过氧化氢（H₂O₂）—水（H₂O）饱和气态混合物的气态焓值与过氧化氢（H₂O₂）—水（H₂O）混合物的分解热是相等的，请见图一中a线与b线的交点，它的意义是这一点的意义就是在过氧化氢—水体系中，当过氧化氢的含量大于64.5%的时候，其自身分解所放出的热量可以使过氧化氢的含量大于64.5%的过氧化氢—水二元液体混合物变成过热蒸汽。 而当过氧化氢的含量在80%的时候，其自身分解所放出的热量可以使过氧化氢—水二元液体混合物变成过热蒸汽。

        图四为过氧化氢（H₂O₂）—水（H₂O）体系中的凝固点与过氧化氢（H₂O₂）—水（H₂O）体系中随过氧化氢浓度的变化图表，在过氧化氢（H₂O₂）—水（H₂O）体系中过氧化氢浓度在55%-60%的区间内有一个最低凝固点（-55℃），但是根据图一，过氧化氢（H₂O₂）—水（H₂O）体系想要变为过热蒸汽时，过氧化氢的浓度必须大于64.5%，因此55%-60%区间的过氧化氢溶液作为Me163 A“”驱动燃料是不够用的。

       在80%的时候，在 图四为过氧化氢（H₂O₂）—水（H₂O）体系中的凝固点与过氧化氢（H₂O₂）—水（H₂O）体系中随过氧化氢浓度的变化图表中，它的凝固点是在-25℃左右，而且，他还要考虑到这个Me163A驱动燃料T-stoff的使用地点是在德国，但是，考虑到德国的气候，尤其德国的冬天，气温会经常跌到0℃以下，所以，用80%的过氧化氢溶液作为Me163A或者Me163B的共用驱动燃料组分之一是出于产生蒸汽的能力与使用环境之间的平衡。

      还有一点100%的过氧化氢的凝固点是-0.43℃。所以如果考虑T-stoff在德国的冬天使用的话，100%的过氧化氢是不可能作为T-stoff的配方来使用的。

问题5  在动漫作品《强袭魔女 通往柏林之路》的第九集，卡里斯兰三人组（明娜、巴克霍隆、哈特曼等人），被高浓度过氧化氢溶液沾到后全身“棵体”以及鲁基尼的胖次被高浓度过氧化氢溶液沾到出现破洞，所以有人引用到驾驶Me-163“彗星战斗机的飞行员要穿防护服，原因是为了尽量减轻高浓度过氧化氢溶液因发生泄漏导致飞行员的损伤，关于这个说法，那个说法有什么文献考证吗？

        虽说，我并没有找到Me163“彗星”的操作手册，但还是在美国国家航空咨询委员会（NACA）在1947年翻译自由赫尔穆特 瓦尔特（Hellmuth Walter ）在1943年编写的英文译名为《REPORT ON ROCKET POWER PLANTS BASED ON T-SUBSTANCE 》的文章中是由提到过的， 在我画线的部分，其大概意思为高浓度过氧化氢溶液溅到人所穿的衣物身上，会造成衣物的损伤，所以飞行员应此要穿有由橡胶或者由聚氯乙烯纤维做成的衣物。

当然这个Me163“彗星”的飞行员所穿的聚氯乙烯防护服的历史照片也是有的