可用于替代肼的2种绿色单组元液体推进剂HAN、ADN

给出了绿色单组元液体推进剂的定义。从推进性能、毒性、环境友好性方面讨论了硝酸羟胺(HAN)和二硝酰胺铵(ADN)基单组元液体推进剂相比肼单组元推进剂的优势。介绍了这两种单元推进剂的国外最新应用情况。

典型单组元液体推进剂爆炸特性及爆炸冲击波传播规律

为研究目前火箭发动机中广泛使用的两种典型单组元液体推进剂的爆炸危险性,开展单推-3(DT-3)及无水肼爆炸效应的实验研究和理论分析。实验在获取DT-3及无水肼冲击波感度数据的基础上设计了样品的起爆方式,并在到爆心不同距离的点上测量了冲击波压力曲线,分别得到5 L、10 L推进剂样品在不同位置处的峰值压力和衰减规律。结合单组元液体推进剂自身特点和量纲分析法对其爆炸冲击波的传播规律进行初步探讨,并对5 L和10 L小药量的DT-3和无水肼开展爆炸冲击波当量评估研究。结果表明:在二次抛洒爆炸条件下,单组元液体推进剂的爆炸冲击波超压在传播过程中出现明显的双峰结构;以冲击波梯恩梯(TNT)当量作为爆炸效应威力的评估指标时,随着距离的增大,两种液体推进剂样品的超压TNT当量单调减小;冲击波超压在近区并不严格符合爆炸相似律,在评估其爆炸冲击波当量时需引入等效反应质量等概念进行修正。

新型绿色液体推进剂研究进展

对近年来国内外出现的新型绿色(无毒、对环境友好)液体推进剂进行了评述。硝酸羟铵基单组元推进剂具有冰点低、密度比冲高、安全无毒的特点,适用于小卫星和上面级,催化分解技术还有待深入研究;二硝酰胺铵基单组元推进剂比冲高于硝酸羟胺基单元推进剂,发动机脉冲工作能力可与无水肼发动机相媲美,但目前发动机预热温度和燃烧室温度都过高;高浓度过氧化氢/醇基推进剂比冲为常规推进剂比冲的93%,密度比冲为102%;过氧化氢/叠氮胺类不但密度比冲高,而且可实现自燃;一氧化二氮基双组元推进剂在微推进系统中有广泛的应用前景;原子推进剂以其优良的比冲性能将给航天运载器带来革命性的飞跃,但对低温技术提出了挑战。

点火延迟对单组元自激式脉冲推力器的性能影响

点火延迟是脉冲推力器设计中需要考虑的重要因素之一。为研究点火延迟对自激式脉冲推力器的性能影响,以HAN基(Hydroxylammonium Nitrate)单组元推进剂为例,建立自激式脉冲推力器工作过程的仿真模型,分析了点火延迟时间的变化对推力器的压强、流量、推力及平均比冲的影响规律。结果表明,点火延迟会强化脉冲推力器的压强爬升过程,随着点火延迟时间的增大,一个脉冲循环中的推进剂燃烧持续时间和整个脉冲周期均会明显缩短,同时挤压腔压强峰值和燃烧室压强峰值以及推力器的平均推力水平也会显著升高,但点火延迟的变化基本不会影响脉冲周期内的平均比冲。点火延迟提供了一条调节脉冲工作特性的可能途径,研究点火延迟特性对自激式脉冲推力器的探索与应用具有重要的指导意义。

单组元300N发动机低温试验研究

为探究低温环境下单组元300N发动机的工作特性,揭示影响发动机低温性能的主要影响因素,以300N发动机为试验对象,开展了模拟飞行工况的发动机低温试验。给出了低温试验研究方法,分别从温度差异对发动机性能影响、催化剂活性差异对发动机低温启动特性影响和低温对电磁阀响应特性影响等方面获得研究结果。结果表明,低温是影响发动机低温性能的主要影响因素,-48℃条件催化剂无法完成推进剂的催化分解,发动机发生爆炸;-30℃条件下起活时间为80.5~87.5ms,发动机可正常启动,且启动温度与起活时间呈指数关系;催化剂批次差异也对发动机低温工作性能产生一定影响,不同批次催化剂低温起活时间的差异可达91ms;低温试验过程中,电磁阀的关闭受到低温推进剂粘性和背压的影响,产生了明显的迟滞现象,延迟时间约100ms,对发动机在轨的精准控制存在一定影响。

推进剂加注后卫星封闭管路内压力爬升特性研究

为有效评估推进剂加注后卫星封闭管路的压力爬升特性,提出了一种综合考虑推进剂液体体积膨胀效应和管路残余气体压缩效应的改进算法,定量分析了初始液体温度、初始气体温度、初始加注压力和初始真空度等加注参数对管路压力爬升的影响。结果表明,相对于传统的理想气体状态方程法和液体膨胀法,本文提出的改进算法与实测值最为接近;初始气体温度对管路压力爬升影响较小,初始液体温度越低、初始加注压力取值越高、初始真空度取值越低则管路压力爬升效果越明显;设置初始加注压力0.30MPa、初始真空度2.00kPa,在全工况范围内管路压力升高比不超过4.5,即管路压力不超过1.35MPa,满足推进系统压力警戒值不超过2 MPa的设计要求。

Ir(100)面上HAN催化分解反应机理

为揭示单组元液体火箭发动机内硝酸羟胺(HAN)基推进剂的催化分解反应过程,采用从头算算法确定HAN及其缔合物结构,利用密度泛函方法对稳定的HAN双分子缔合结构在Ir(100)面上的初始催化分解反应机理开展研究。计算结果表明:HAN分子是由双点位氢键结合而成的,其缔合结构主要是依靠分子间的氢键作用而成的。HAN双分子缔合结构在Ir(100)面上共存在有3种吸附结构,其中通过O与Ir键合作用形成吸附结构较为稳定,吸附能分别为-1.64 eV和-2.15 eV,而氢键作用结合的吸附结构的吸附能仅为-1.12 eV。HAN双分子缔合结构在表面发生的分解反应为放热反应,双分子缔合结构中2个HAN分子的分解反应发生存在先后顺序,不同的吸附构型对应不同的分解产物。在羟胺吸附结构中,其分解产物为HAN、NO_(3)^(-)、OH和NH_(3),而在硝酸根吸附结构中,其分解产物为HAN、NH_(3)OH^(+)、O和NO_(2)。两种吸附构型下的分解能垒分别为12.68kcal/mol和11.30 kcal/mol,在催化分解反应过程中这两种分解反应会同时发生。

现代航天器的“血液” 单组元燃料的前世今生

2019年6月25日,SpaceX公司的重型猎鹰火箭将一颗立方体卫星送上了太空。此次任务是NASA“绿色推进剂输入任务”(GP1M,Green Propellant Infusion Mission)的一部分,搭载了新型航天单组元燃料AF-315,被称为先进航天器能咕无屯推逬剂(ASCENT)。

朝鲜火箭的燃料选择

韩国打捞朝鲜火箭残骸的意义2012年12月12日,朝鲜火箭发射时,韩国的"宙斯盾"舰"世宗大王"号跟踪到了一级火箭助推器的坠落过程,记录了多个残骸坠落位置。当日上午该舰在边山半岛西侧160千米处发现漂浮的朝鲜火箭残骸,该残骸很快沉入海底。韩国海军派出1艘深潜救生艇"清海镇号"实施打捞。深海潜水员在海底80米处花费8个半小时,次日凌晨打捞出火箭残骸。残骸长7.6米,直径2.4米。