PDF《新型绿色液体推进剂研究进展》

1 新型绿色单组元推进剂 1.

1 硝酸羟胺(HAN ) 基单组元液体推进剂 HAN 基单组元液体推进剂为HAN、 燃料(如醇 类、 甘氨酸、 硝酸三乙醇胺等) 和水的混和物. 与固体 收稿日期: 2005212212;

修回日期:

2006203221 作者简介: 贺芳(1978- ) , 女, 博士研究生, 工程师, 主要从事液体推进剂研究工作.

4 5 火炸药学报Chinese Journal of Explosives &

Propellan ts 第29 卷第4 期2006年8月?1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 推进剂相比具有能量高、 性能易调节、 贮存和后勤供 应方便等优点, 最初被美国军方用作液体火炮发射 药.将HAN , 硝酸三乙醇胺(TEAN ) 和硝酸二乙基 羟胺(D EHAN ) 按不同比例配制成系列产品LP

1845、 L P1846T 和L P1898

3 种推进剂, 密度约 1. 4g cm

3 , 理论比冲250 s 以上. 在美国NA SA 执行的一项 先进的单元推进剂 计划 中, 因HAN 基单组元推进剂具有冰点低、 密 度比冲高、 安全无毒的特点, 且在常压下不敏感, 存 贮安全, 被作为新一代的无毒单组元推进剂进行研 究与试验[223 ] . 从100 多种燃料配方中筛选出5 种, 用 电点火进行试验, 燃烧室压强 2. 5~ 4. 8M Pa, 燃烧 室温度约2

200 ℃, 比冲265 s(面积比50, 即推力室喷 口面积与喉部面积之比) , 超过单元肼发动机的比冲 水平;

进行了 1.

4 ~ 2. 8M PaHAN 基单组元推进剂 发动机性能和寿命试验 (采用催化点火) , 比冲

200 s, 所用推进剂的密度为无水肼的1.

4 倍, 冰点为 -

35 ℃左右[427 ] .HAN 基单组元推进剂的主要性能 见表1.其中硝酸羟铵 甘氨酸 水体系(水质量分数 26. 0% ) 配方用于Spartan L ite 卫星轨道上升系统. 表1 硝酸羟铵基单元推进剂的主要性能 Table

1 Perfo rm ance of HAN 2based monop ropellant 单组元推进剂 w (水) % 冰点 ℃ Θ (g・cm -

3 ) (21℃) I sp s tc ℃ HAN 甘氨酸 水14.

7 - 20.

0 1.

5 230.

5 1

704 HAN 甘氨酸 水21.

2 - 54.

0 1.

4 210.

9 1

399 HAN 甘氨酸 水26.

0 - 35.

0 1.

4 189.

3 1

093 HAN 硝酸三乙醇胺 水25.

0 - 42.

5 1.

4 230.

5 1

649 HAN 基单组元推进剂在点火前需要将催化剂 床预热至

316 ℃, 较低温度下的点火延迟期较长, 推 进剂在催化剂床上积存较多, 使得启动状态无法预 测.因此, 对于HAN 基推进剂, 主要进行催化剂及 催化剂载体方面的研究[9 ] . 我国从20 世纪90 年代末开始对HAN 基单组元 液体推进剂进行探索性研究.中国航天液体推进剂 研究中心制备了HAN 基单组元推进剂样品, 与中 科院大连化物所合作, 进行过多次发动机催化点火 试验, 采用

816 、

818 催化剂, 催化床预热温度 350℃, 燃烧室压力0. 4M Pa, 燃烧温度1

300 ℃以下, 为进一步深入研究HAN 基单组元推进剂积累了丰 富的经验, 但要实现其作为单组元液体推进剂的应 用, 还需要推进剂、 催化剂、 发动机

3 方面的进一步 密切配合. 1.

2 二硝酰胺铵(ADN ) 基单组元推进剂 二 硝酰胺铵 (ADN ) 是一种固体氧化剂, 密度 高, 高温稳定性好, 主要用于配制高能固体火箭推进 剂.因ADN 具有较高的吸湿性, 可以将其溶解于水 中, 再添加适当的燃料, 形成单组元液体推进剂. ADN 毒性远远小于无水肼(59m g kg) , 比HAN 还 小许多(325m g kg) , 特别适用于低污染的航天飞机 助推系统和空间运输动力系统[10 ] . ADN 首先由前苏联成功合成, 并很快引起了西 方国家的极大兴趣. 瑞典研究的代号为LM P2101 的ADN 基单组元液体推进剂由61% (质量分量, 下同) ADN、 26% 水和 13% 丙三醇组成.火箭发动机试验 表明, 这种推进剂点火快、 能量高、 无毒、 燃烧完全且 排气清洁, 不污染环境[11 ] .表2 列出3 种单组元液体 推进剂的性能. 表2