PROPERTIES OF LIQUID ROCKET PROPELLANTS

Compound
Chemical
Formula
Molecular
Weight
Density
Melting
Point
Boiling
Point
Liquid Oxygen
O2
32.00
1.14 g/ml
-218.8oC
-183.0oC
Liquid Fluorine
F2
38.00
1.50 g/ml
-219.6oC
-188.1oC
Hydrogen Peroxide
H2O2
34.02
1.44 g/ml
-0.4oC
150.2oC
Nitrogen Tetroxide
N2O4
92.01
1.45 g/ml
-9.3oC
21.15oC
Nitric Acid
HNO3
63.01
1.55 g/ml
-41.6oC
83oC
Liquid Hydrogen
H2
2.016
0.071 g/ml
-259.3oC
-252.9oC
Liquid Methane
CH4
16.04
0.423 g/ml
-182.5oC
-161.6oC
Dodecane (Kerosene)
C12H26
170.34
0.749 g/ml
-9.6oC
216.3oC
Ethyl Alcohol
C2H5OH
46.07
0.789 g/ml
-114.1oC
78.2oC
Hydrazine
N2H4
32.05
1.004 g/ml
1.4oC
113.5oC
Methyl Hydrazine
CH3NHNH2
46.07
0.866 g/ml
-52.4oC
87.5oC
Dimethyl Hydrazine
(CH3)2NNH2
60.10
0.791 g/ml
-58oC
63.9oC
NOTES:
Chemically, kerosene is a mixture of hydrocarbons; the chemical composition depends on its source, but it usually consists of about ten different hydrocarbons, each containing from 10 to 16 carbon atoms per molecule; the constituents include n-dodecane, alkyl benzenes, and naphthalene and its derivatives.
Nitrogen tetroxide and nitric acid are hypergolic with hydrazine, MMH and UDMH. Oxygen is not hypergolic with any commonly used fuel.

LIQUID ROCKET PROPELLANT PERFORMANCE

Combustion chamber pressure, Pc = 50 atm ...... Nozzle exit pressure, Pe = 1 atm
Oxidizer
Fuel
Hypergolic
Mixture Ratio
Specific Impulse
(s, sea level)
Density Impulse
(kg-s/l, S.L.)
Liquid Oxygen
Liquid Hydrogen
No
5.00
370
120
Liquid Methane
No
2.71
291
228
Ethanol + 25% water
No
1.28
261
256
Kerosene
No
2.26
281
285
Hydrazine
No
0.73
295
312
MMH
No
1.14
291
289
UDMH
No
1.37
289
278
50-50
No
1.05
291
291
Red-Fuming Nitric Acid
(14% NTO)
Kerosene
No
4.37
249
325
Hydrazine
Yes
1.28
264
327
MMH
Yes
2.10
261
319
UDMH
Yes
2.57
258
311
50-50
Yes
1.98
258
315
Nitrogen Tetroxide
Kerosene
No
3.50
259
321
Hydrazine
Yes
1.05
278
331
MMH
Yes
1.71
272
316
UDMH
Yes
2.07
269
307
50-50
Yes
1.56
273
316
Hydrogen Peroxide
(85% cencentration)
Kerosene
No
7.78
251
315
Hydrazine
Yes
2.12
262
319
Liquid Fluorine
Hydrazine
Yes
1.82
329
420
NOTES:
Specific impulses are theoretical maximum assuming 100% efficiency; actual performance will be less.
All mixture ratios are optimum for the operating pressures indicated, unless noted otherwise.
LOX/LH2 mixture ratio is a typical practical value; optimum occurs at about 3.3.

HYDRAZINE
CASRN: 302-01-2
For other data, click on the Table of Contents
Heat of Combustion:
-8345 BTU/LB = -4636 CAL/G = -194.1X10+5 J/KG
[U.S. Coast Guard, Department of Transportation. CHRIS - Hazardous Chemical Data. Volume II. Washington, D.C.: U.S. Government Printing Office, 1984-5., p. ]

KEROSENE
CASRN: 8008-20-6
For other data, click on the Table of Contents
Heat of Combustion:
-18,540 Btu/lb = -10,300 cal/g = -431.24X10+5 J/kg
[U.S. Coast Guard, Department of Transportation. CHRIS - Hazardous Chemical Data. Volume II. Washington, D.C.: U.S. Government Printing Office, 1984-5., p. ]

I COMBUSTIBILI

Ai comburenti ora esaminati, possono associarsi numerosi combustibili di cui la chimica organica fornisce d'altra parte una riserva infinita.
Se si cercano le alte prestazioni, vale a dire velocità di eiezione le più grandi possibili, una osservazione s'impone: i miscugli gassosi che danno una forte eiezione sono evidentemente quelli il cui volume specifico è molto grande, vale a dire quelli a debole forza molecolare.
I composti della chimica organica particolarmente interessanti saranno dunque, in generale, quelli relativamente ricchi di idrogeno, ben s'intende a parità di temperatura di combustione. Effettivamente l'idrogeno puro conduce a consumi specifici molto bassi, ma il suo interesse è discusso in ragione della sua bassa densità e pertanto del volume necessario al suo immagazzinamento a bordo. Altri portatori d'idrogeno anche interessanti sono: l’idrazina pura N2H4, ed un suo derivato, attualmente molto in voga, la dimetilidrazina N2H2 (CH3)2.
In pratica, però, si utilizza sopratutto, in associazione con l'ossigeno liquido o l'acqua ossigenata, il Kerosene o altre frazioni della distillazione del petrolio, così come i primi alcoli della serie grassa, anche perchè questi prodotti hanno un costo di produzíone meno elevato, perchè dispongono alla base di grandi installazioni industriali di produzione. L'impiego del Kerosene con l'acido nitrico è anche favorevolmente considerato, purchè si faccia avvenire l'accensione iniziale del razzo con un combustibile ipergolico. Questa soluzione ha evidentemente, in rapporto al miscuglio acqua ossigenata Kerosene, l’inconveniente di necessitare di un piccolo impianto a parte per il prodotto ipergolico, ma, per contro, è particolarmente interessante dal punto di vista sicurezza di funzionamento e manipolazione.
Allo stato attuale delle cose, i combustibili che sembrano riunire i migliori compromessi fra i differenti criteri clie sono stati esposti, sono la dimetilidrazina, la trietilamina (pura o in miscuglio), l'alcool furfarilico e il Kerosene.