Нитрометан и оксид азота в качестве топлива.

Нитрометан — химическое соединение с формулой СН3NO2, простейший представитель нитросоединений алифатического ряда.

Нитрометан. Каждый знает, что он существует, но немногие, по-видимому, действительно знают о нем все. Несмотря на то, что многие знают (по крайней мере, предположительно), что его основное назначение - это добавить мощности, мы все еще получаем время от времени звонки и письма с вопросом, "Почему мы используем его в модельном топливе?". В лучшем случае есть много дезинформации относительно этого несколько экзотического компонента. Рассмотрим информацию, которая поможет прояснить суть нитрометана.
Да, НИТРОМЕТАН = МОЩНОСТЬ! Но...есть условия и непредвиденные обстоятельства. Прежде всего, он не добавляет мощность как таковую, потому что он не такой "теплотворный", как метанол. Это может быть сюрпризом для большинства читателей, но метанол (метиловый спирт) в топливе - намного более легко воспламеняемый компонент. Он воспламеняется примерно вдвое лучше, чем нитрометан. Фактически, если бы у нитрометана температура воспламенения была только на 4 градуса выше, то он даже не должен был бы нести красную метку "огнеопасно"!
Нитрометан горит желтым пламенем. Наблюдаемое ночью белое свечение это догорание водорода выделяемого из влаги содержащийся в атмосфере под воздействием температуры выхлопных газов.

Двигатель внутреннего сгорания достаточно легко поддается тюнингу, однако лишь до определенного предела. Больше некой величины мощность двигателя поднять нельзя. Конечно, эта величина различна для разных двигателей, но все же она существует. Существует мнение, что преодолеть этот порог невозможно. Но выход все же есть. И искать его следует в драг-рейсинге. Зачастую автомобили, участвующие в гонках на ускорение, заправлены совсем не бензином…

Смена топлива – достаточно решительный шаг, требующий серьезного вмешательства в структуру двигателя. Кроме того, такое изменение реально произвести только на инжекторном двигателе. Конечно, можно переделать двигатель под любое горючее, но наиболее распространенными являются производные азота - диоксид азота (NO2) и нитрометан.
Между ними есть достаточно большое различие. Рассмотрим каждый из них в отдельности.

Диоксид азота, столь любимый уличными гонщиками, является более «мягким» топливом. Скорость и мощность детонации этого топлива примерно в 2-3 раза выше, чем у бензина, что, соответственно, означает соответствующее повышение мощности. Однако и удельная теплоотдача при сгорании также намного выше, так что использование этого топлива сильно повышает рабочую температуру двигателя. Также неприятный побочный эффект применения диоксида азота – пламя, постоянно прорывающееся за выпускные клапана и зачастую даже за пределы выхлопной трубы.
Для перехода на другой вид топлива необходима серьезная переработка двигателя. Так, если говорить о диоксиде азота, то существуют два варианта топливной системы, предназначенной для его применения – постоянная и частичная. Постоянная система, как следует из названия, полностью заменяет бензиновую систему впуска. Для ее установки необходимо: поменять топливный бак, так как бак, предназначенный для бензина, может попросту не выдержать другого топлива; сменить форсунки впрыска, а также желательно, но не обязательно, заменить цилиндро-поршневую группу и выхлопную систему на более прочные, так как в противном случае они прослужат недолго. Также нелишним будет усовершенствовать систему охлаждения.

Частичная система не требует серьезных изменений. Она предназначена для кратковременного впрыска небольших порций смеси бензина с диоксидом азота в цилиндры. Для ее применения потребуется лишь установить дополнительный бак и провести дополнительный топливопровод. Фильтры не требуются, так как сжиженный диоксид азота является прекрасным растворителем, а в газообразном наличие примесей в в идее твердых частиц весьма сомнительно.
Каковы итоги? Двигатель, использующий диоксид азота в качестве топлива, имеет достаточно низкую ресурсную прочность – в 2-4 раза ниже обычного, работающего на бензине. Мощность же поднимается в 3-5 раз. Максимальная мощность при тюнинге может достигать 1500-2000 лошадиных сил. Как уже было сказано, оксид азота является достаточно мягким топливом, но все же при его применении стоит снизить периодичность технического обслуживания до 1 раза в 1000 – 1500 километров пробега. Максимальный пробег двигателя обычно не превышает 200000 – 250000 километров.

Нитрометан – более бескомпромиссный вариант. При его сгорании выделяется огромное количество тепла, что влияет не только на увеличение мощности, но и на увеличение температуры двигателя и ускорение износа. Также нитрометан довольно-таки взрывоопасен. Нитрометановые системы бывают лишь постоянные, так как смесь нитрометана с бензином является очень неустойчивой и взрывоопасной.
Для применения нитрометана желательно поменять двигатель вообще. Зачастую для него используются двигатели с чугунными блоками цилиндров, так как они являются более прочными. И все равно, нитрометан буквально сжигает двигатель за 5000-10000 километров пробега. Поэтому его целесообразно применять только для автоспорта. Но результаты превосходят все ожидания – мощность увеличивается в 10-15 раз. Предел форсировки точно не определен, но он составляет около 9000-10000 лошадиных сил.

При установке нитрометановой системы желательно доработать и кузов автомобиля и отделить выхлопную систему от кузова, так как температура выхлопных газов и пламени, образующегося при сгорании нитрометана чрезвычайно высока – до 1200 градусов. Понятно, что стоит провести те же доработки, что и в случае с диоксидом азота, но еще в большей мере и с большим запасом прочности.
В действительности, нитрометан должен быть нагрет до 96 градусов F, для того, чтобы он начал испускать достаточно паров, которые могут быть зажжены какой-нибудь искрой или пламенем! (Я демонстрировал это недавно другу, неоднократно помещая горящую спичку в небольшую емкость, полную нитрометана. Я могу добавить, что он не приблизился на расстояние менее 20 футов в течение демонстрации.)
Теперь о том, как же это все-таки добавляет мощность? Все мы знаем, что есть другое "топливо", без которого жидкая часть была бы бесполезна. Помните, что это? Правильно. Это - воздух (в действительности же - кислород в воздухе).
Каждый двигатель внутреннего сгорания смешивает воздух и жидкое топливо некоторого вида. В нашем случае это жидкое калильное топливо. Цель карбюратора состоит в том, чтобы отмерить эти два компонента в нужной пропорции, и каждый двигатель требует определенной пропорции жидкого топлива и воздуха. Попробуйте добавить слишком много жидкости без достаточного количества воздуха, и двигатель не будет работать вообще. Какова цель турбонаддува на полноразмерных двигателях? Нагнетать немного больше воздуха, чем сможет обработать простой карбюратор или инжекторная топливная система.

Предположим, что мы должны были найти путь для сжигания большего количества жидкости в наших модельных двигателях без увеличения поступления воздуха. Это добавило бы мощности, не так ли? Хорошо, предположите, что мы это можем! Двигатель внутреннего сгорания может сжечь нитрометана более чем в 2 раза больше, чем метанола, используя один и тот же объем воздуха. Вот и все! Мы получили больше мощности. Вот так это работает, и это нетрудно для понимания. И мы не должны тратить много времени на размышление об этом в ходе повседневных полетов.
Однако существуют некоторые факторы, которые мы должны рассмотреть. Практически все обычные полеты могут быть выполнены на модельном топливе, содержащем от 5% до 15% нитрометана. Если Вы летаете на чем-то вроде тренера, или Cub, или подобной модели, нет, вероятно, никакой причины, почему бы 5% топливу не работать отлично. Требуется немного больше мощности? Используйте 10% или 15% содержание нитрометана в топливе. Я не рекомендовал бы использовать топливо с более высоким содержанием нитрометана в большинстве популярных двигателей. Увеличение содержания нитрометана, вероятно, ничему не повредит, но ничего и не даст.
Мы продаем больше топлива с 15% нитрометана, чем любых других топливных смесей, и для этого есть серьезная причина. Большинство популярных двигателей на рынке сегодня разработано для того, чтобы работать на такой смеси. Как правило, европейские двигатели успешно работают на смесях с более низким содержанием нитрометана, потому что они рассчитаны на это. Почему? В Европе нитрометан может стоить между 150$ и 200$ за галлон! Достаточное основание?

Нитрометан дает больше, чем просто прибавка мощности. Он помогает достигать устойчивого холостого хода при более низких оборотах. Есть один хорошей тест для проверки, чтобы узнать, нуждается ли конкретный двигатель в большем содержании нитрометана в топливе. Заведите двигатель, дайте ему прогреться в течение нескольких секунд, установите газ на минимальные холостые обороты, и удалите накал свечи. Если при этом обороты двигателя уменьшаются, используйте смесь с более высоким содержанием нитрометана. Если нет заметного снижения оборотов, значит, смесь хорошо подходит к Вашему двигателю.
Одно из наиболее популярных неправильных представлений - то, что, существенно повысив содержание нитрометана, пользователь немедленно получит огромный скачок мощности. Это не так. Вы будете сильно удивлены, узнав, что в диапазоне 5% - 25% содержания нитрометана, Вы, скорее всего, увидите увеличение оборотов приблизительно на 100 обмин в статике(на земле или на испытательном стенде) для каждого увеличения содержания нитрометана на 5%. В полете, при разгрузке винта, увеличение будет большим, и, вероятно, улучшится также холостой ход.
Мое любимое правило: Если Вы имеете хорошо летающую модель, и ей только иногда немного недостает мощности, то увеличьте содержание нитрометана на 5%. Если модель не летает, как надо, Вы нуждаетесь в более мощном двигателе, а не в большем содержании нитрометана!
Большинство популярных спортивных двигателей, использующихся сегодня, не рассчитано на работу на топливе, содержащем больше, чем 15%…20% нитрометана. Увеличение количества нитрометана в смеси имеет эффект увеличения степени сжатия, а каждый определенный двигатель имеет оптимальную степень сжатия. Превысите ее - и работа мотора, вероятно, станет хуже, а не лучше и двигатель будет гораздо менее "дружественным к пользователю".
Высококлассные гоночные двигатели настраиваются совсем по-другому (степень сжатия, фазы газораспределения, согласованная выхлопная система и т.д.) и обычно рассчитываются так, чтобы использовать смеси с высоким содержанием нитрометана. За одним исключением - это гоночные двигатели, используемые на международных соревнованиях и мировом чемпионате (FAI). Правилами для этих двигателей не разрешают использовать нитрометан вообще, и они работают так же, как и те, что работают на топливе с содержанием нитрометана в 60% или 65%! Первый вопрос, который приходит на ум - "Почему не все двигатели разрабатывают таким образом, чтобы они могли работать без нитрометана, ведь тогда мы смогли бы сэкономить много денег? " Спросите любого из спортсменов мирового класса. Он скажет, что их двигатели очень сволочны при настройке и определенно не дружественны! Фактически, они - хороши, но требуют уровней навыка выше большинства средних летчиков. За все надо платить.

Другое утверждение, которое мы часто читаем или слышим - это то, что нитрометан имеет кислотную реакцию и приводит к коррозии двигателя. На самом деле он не имеет кислотной реакции, и изготовители говорят, что коррозии не происходит, или, по крайней мере, не может произойти. Однако, один известный эксперт по двигателям и автор журнала упорно утверждает, что это происходит. Легкомысленный "штамп". (Я когда-то спросил Дейва Шадела, 3-кратного чемпиона мира, человека, который использует больше высококлассных двигателей, чем любой, кого я знаю: как часто он сталкивается с ржавчиной в двигателях, которые работают на смеси с высоким содержанием нитрометана? Его ответ был: " Никогда.")
Почему нитрометан стоит так дорого? Я не имею никаких сведений относительно стоимости производства, но производство требует многомиллионных инвестиций в большой очистительный завод. Существует, однако, серьезная причина для высокой стоимости нитрометана: есть только один его изготовитель в Западном Полушарии. Примите это к сведению.
Также (и это будет большой неожиданностью), наше хобби потребляет только приблизительно 5% всего произведенного нитрометана; полный объем потребления его автогонщиками и другими тоже около 5%. Это означает, что мы не имеем никакого влияния вообще, и просто должны платить запрашиваемую цену. Куда же идет остальная часть? Промышленность. Нитрометан используется для разнообразных составов - растворитель для некоторых пластмасс, производство инсектицидов, удобрений, взрывчатых веществ (да, это был компонент в бомбежке Оклахома-Сити) и это - компонент в Tagamet, известном составе для лечения язвы (неудивительно, что материал является настолько дорогим!). Пожалуйста, обратите внимание, что, в то время как нитрометан - компонент в создании некоторых взрывчатых веществ, сам по себе он не является взрывчатым веществом. (Помните - он используется в удобрениях.)
Не проходит и месяца, чтобы кто-нибудь не позвонил, чтобы спросить: "Я слышал, что большее количество нитрометана будет снижать рабочую температуру моего двигателя. Это правда?" Нет. Чем выше содержание нитрометана, тем выше рабочая температура. К счастью, в большинстве наших двигателей различие в рабочей температуре между 5% и 10%-процентным топливом незначительно, и есть совокупность других факторов (надлежащее смазывание и т.д.), которые являются гораздо более важными.

Наконец, помните, мы сказали в начале, что нитрометан добавляет мощность, потому что мы можем жечь большее количество нитрометана, чем, метанола, для заданного объема воздуха? Это также означает, что чем выше содержание нитрометана в топливе, тем меньшее "расстояние" (или время полета) мы получим. В стандартном двигателе .40 размера при использовании 15% нитрометана, мы обычно получаем соотношение минута к минуте с половиной времени полета для каждой унции топлива. Парни из Формулы 1 рады получить 2 минуты из бака объемом 8 унций!
Если Вы повышаете содержание нитрометана в топливе, убедитесь, что открыли иглу карбюратора на несколько щелчков прежде, чем Вы идете летать. Иначе у Вас окажется слишком бедная смесь и Вы можете повредить двигатель. Наоборот, если Вы снижаете содержание нитрометана, Вы должны будете отрегулировать карбюратор на обеднение смеси.
Каков же вывод – стоит ли переходить на другой вид топлива? Высокий износ и большая прибавка мощности говорят за себя – такая доработка оправдана только если машина необходима для спортивных целей, либо для тех людей, кому нужно больше и больше мощности. В противном случае такое переоборудование не будет иметь смысла.
Источник 1Источник 2