新型绿色单组元液体推进剂发展现状与趋势

随着对生态环境、安全的日益关注以及航天推进技术的不断发展,对推进剂提出了绿色无毒的性能要求,新型绿色单组元液体推进系统成为航天推进的重要研究方向之一。硝酸羟铵基单组元液体推进剂(HAN基单组元推进剂)和二硝酰胺铵基单组元液体推进剂(ADN基单组元推进剂)具有绿色无污染、密度大、比冲性能可调节、饱和蒸汽压低和使用维护成本低等特点,可以应用于卫星、飞船、运载火箭等飞行器的姿轨控动力系统,二者均已完成多次飞行演示验证并获得应用,受到了各国航天领域的广泛关注。

ADN基液体推进剂激光诱导等离子体的光谱研究

ADN(二硝酰胺铵)基单组元液体推进剂是一种新兴的、可替代肼的绿色推进剂,发展非接触式手段、实时分析元素含量对于研究ADN基推力器的燃烧诊断十分重要.通过建立绝对辐射光谱和高分辨率光谱测量系统,优化了实验参数,研究了由ADN-甲醇-水组成推进剂的激光诱导击穿光谱,分析了光谱中元素H,N,O的时间演化特性,基于Boltzmann斜线法和Stark效应法分别得到了激光诱导产生等离子体的电子温度和电子密度的时间演化曲线,推进剂的初始电子温度为68000 K,电子密度为1.6×10^19 cm^-3,利用e指数拟合得到相应的弛豫时间分别为270 ns和90 ns,该实验条件下未发现ADN基推进剂成功点火现象.

ADN基推力器热回浸对毛细管微尺度流动特性影响的数值模拟研究

小推力ADN基推力器在工作中,其毛细管内的推进剂容易在壁面传热作用下发生相变,进而影响推力器的正常工作。为了深入理解推进剂在毛细管内的相变和流动特性,采用三维数值模拟方法对毛细管微尺度流动和相变特性进行计算。计算考虑了毛细管与喷注器内的流固耦合传热、推进剂相变过程。推进剂相变采用Lee模型,气液体积分数的求解和气液界面捕捉重构采用VOF-CSF方法。本文首次采用VOF模型耦合Lee相变模型计算了ADN基推进剂在毛细管内的相变过程,并结合气泡空间分布仿真结果得到了质量流量和热回浸温度对流动特性的影响规律。计算结果显示,受到ADN基推进剂的冷却作用,毛细管内壁面温度要略低于外表面。毛细管内的气泡形成于弯管处,其体积沿着毛细管轴向下游逐渐增加,采取散热措施可减少并推迟气泡的形成。随着ADN基推进剂质量流量的降低或下游热回浸温度的增加,毛细管内的气泡均显著增加,且形成区域更接近上游区域。当热回浸温度从800K增加至1100K时,毛细管内的气泡体积从25.6mm^3增加至58.7mm^3。

ADN基液体推进剂空间发动机工作过程模拟

二硝酰胺铵(ADN)基液体推进剂是一种绿色环保的新型推进剂,可在小型空间推进系统中使用。该文通过数值模拟对ADN基液体推进剂空间发动机的工作过程进行热流仿真。使用Euler-Lagrange方法描述推进剂的蒸发过程,使用多孔介质局部非平衡模型描述催化床内的传热过程,同时考虑气、液、固三相之间的耦合。使用包含18组分40步反应的ADN-CH3OH简化反应机理来模拟气相物质的燃烧反应。数值计算所得发动机的宏观运行参数与实验值相符。结果表明:多孔介质会将催化床下游和燃烧室内反应所释放热量传导到催化床上游,强化推进剂的蒸发过程。在发动机内部,ADN与CH3OH的反应并不同步。ADN的热解反应发生在入口附近,而CH3OH的氧化反应发生在催化床中下游和燃烧室中。