国外肼类燃料治理概况

本文的“肼类燃料”一词,系指应用在航天工业中的无水肼(N_2H_4)、甲基肼(MMH)、偏二甲肼(UDMH),以及它们的某些混合物等火箭燃料。其中偏二甲肼使用较早,因为它具有冰点低,毒性较小以及使用性能良好等优点。其后,首先是无水肼(主要与偏二甲肼各50%配成混肼-50),然后是甲基肼相继胜作导弹和航天飞机的燃料。肼类燃料均属毒性物质。它们都不同程度地呈弱碱性,吸入人体后会对呼吸道和眼睛起刺激作用,与皮肤接触则能引起化学烧     

空间环境下无水肼和甲基肼的爆炸危险性

本文讨论了空间环境下无水肼和甲基肼的三类爆炸危险性。第一类危险性来自材料对燃料的影响。第二类危险性来自燃料着火。第三类危险性来自飞行器高度变化对燃料可燃性的影响。     

利用PP法简化液体姿轨控发动机化学反应机理

针对含有43种组分201步基元反应的甲基肼/四氧化二氮反应机理,提出运用主成分联合多代通量方法 (简称PP法)进行简化。该方法简化结果与国外文献以及详细机理在典型工况下着火延迟时间、平衡温度及主要平衡组分摩尔百分数计算结果均符合较好,为进行耦合化学反应的液体姿轨控火箭发动机燃烧CFD研究奠定基础。最后,通过甲基肼和四氧化二氮、CH4和O2以及H2和O2三种推进剂组合化学反应机理简化结果对比,说明PP法相对于主成分分析法(PCA)和多代通量法(PFA)简化效果更好,可简化机理范围更广。     

过氧化氢/醇类绿色双组元推进剂自燃技术研究

推进剂的无毒化是航天发展的必然趋势，与肼类和硝基推进剂组合相比，过氧化氢／醇类具有低毒、廉价和可维护性好等优点，是未来最具竞争力的双组元绿色推进剂。过氧化氢／醇类最大缺点是不自燃，通过在醇类燃料中加入催化剂和添加剂解决了这一关键技术。利用自行设计的一套着火延滞期测定装置对含不同催化剂和添加剂的燃料配方与过氧化氢的自燃特性进行了测试、比较和评价。研究表明，过氧化氢／醇类这种新型双组元推进剂具有良好的自燃和点火特性。     

空间发动机真空起动点火时差及其实现方法

液体火箭发动机在真空中起动时，燃烧室内易产生三相共存的状态，其中凝聚相能引起不正常的起动压力峰而损坏发动机。本文研究了甲基肼和四氧化二氮组合为推进剂时真空起动的点火时差，以便尽量减少着火前上述状态的存在程度。给出了利用控制阀通电时差、充填时差和控制阀响应时差这三种起动方式来实现该点火时差的方法。前两种方法已在某远地点发动机上使用并获得成功。     

航天推进剂废气废液燃烧处理实验

针对航天生产试验现场有毒推进剂废气废液的无害化处理,设计了一种火箭煤油/空气燃烧处理装置,通过富燃/富氧高温燃气处理硝基类氧化剂/肼类燃料的废气废液。基于该燃烧处理装置,分别进行了燃烧器性能调试以及N_2O_4与甲基肼的废气与废液处理实验。实验结果表明,燃烧装置在两种基本工作模态下,燃气温度小于1 200℃,燃烧高效、稳定;N_2O_4在处理流量0～20 g/s时,排放物中NO_x浓度最高为25 ppm,燃气温度小于1 200℃;在甲基肼处理流量6 g/s时,排放物中VOC浓度小于0.05 ppm,NO_x浓度小于2.0 ppm,其中燃气最高温度随甲基肼流量增加不断增大,最高达1 300℃。该燃烧处理装置可实现对有毒航天推进剂高效、彻底的处理,废气排放符合相关标准要求。     

肼类燃料泄漏消污技术

肼类燃料(肼、甲基肼和偏二甲肼)发生泄漏时需对泄漏液进行消污处理，本文主要介绍了用于肼类燃料泄漏液的自然消污法、喷雾一稀释法、化学消污法、泡沫覆盖法和固体粉末法等消污技术，并对这几种消污技术对肼类燃料泄漏液的消污效果进行了评价。     

氧气/醇类燃气发生器启动过程试验研究

对氧气/醇类燃气发生器进行了热态试验,对启动过程进行了描述和分析,并引入点火时间和着火延迟两个参数深入研究了燃气发生器的启动规律。研究表明,燃烧室流量密度的增加对燃气发生器的点火时间影响不大,但会引起着火延迟的明显增加;时序中氧气与燃料两种组元进入燃烧室的时刻对启动过程有较大的影响,二者存在一个最优的时间间隔,可以保证燃气发生器快速、平稳、安全的启动。     

国外一甲基肼的生产和使用

随着火箭导弹和航天技术的迅速发展,各种宇宙飞行器对推进剂性能的要求愈加苛刻了。除了推进剂的能焓、安全性、可靠性、长寿命和价格等因素外,推进剂的各种高空性能,如高空多次起动性能,高空条件下推进剂的抗辐射效应以及零重力和失重条件下推进剂-增压气体的相变行为等等,已引起从事化学火箭推进的工程技术人员的极大关注。从六十年代中期美国执行阿波罗和双子星座计划开始,一甲基肼已广泛被人们认为是最有前途的宇航控制推进系统及辅助推进系统用的可贮存燃料。最近,美国已将一甲基肼列入八十年代宇航用推进剂计划。现将国外一甲基肼的生产和使用概况简介如下。     

三例偏二甲肼容器爆炸事故剖析

肼类燃料，尤其是偏二甲肼，在导弹和运载火箭上都获得了广泛应用。我国一些液体火箭（包括长征系列运载火箭的第一、二级发动机）就使用了偏二甲肼推进剂。但是，肼类燃烧剂的一个突出缺点就是易燃易爆，在贮存、转注、试验、维修、加注等过程中，国内外都曾多次发生过着火爆炸事故。现就3起爆炸事故剖析如下，以作后车之鉴。事故一：违反规定空气增压，贮存容器爆炸伤人1．事故经过某年4月15日，某单位准备进行某型号导弹的姿控发动机试验。在首先进行的试车前准备工作中，发现为系统供气的气瓶内的氮气压力不足，不能满足试车间内包括推…     

大规模固体微推力器阵列点火关键技术

为了将固体微型推力器阵列应用于姿轨控,需要对点火相关技术进行研究。分析了点火电路在姿态、轨道控制上的应用问题;设计了适用于大规模阵列的驱动电路,通断可控,能够满足点火需要;研究了点火延迟时间以及单次多组点火的间隔时间,当点火功率为2 W时,点火延迟时间经测试最大为7.6 ms,而点火间隔时间经测试最小为50μs。经过综合测试实验,点火成功率能够达到100%,验证了点火系统相关模块的可靠性和匹配性;经过控制仿真,验证了该系统能够满足卫星姿轨控需要。     

氧气/煤油点火装置高空点火试验研究

为了实现冲压发动机高空环境条件下可靠点火以及空中熄火后再次点火的需求,研制了一种可多次点火、重复使用的氧气/煤油点火装置,并对氧气/煤油点火装置的高空点火性能进行了试验研究。试验结果表明：高空环境条件下温度和压力发生了变化,着火边界变窄,点火可靠性较地面降低,通过进一步理论分析,认为降低油气比和改变点火时序是提高高空点火可靠性的关键所在。适当降低煤油流量的供应将降低油气比,从而可以将设计点控制在着火区,点火装置时序设计按电嘴发火一氧气进入预燃室一煤油进入预燃室的顺序执行,该时序设计可以确保点火初期让油气比经历从贫油状态过渡到富油状态,当进入着火区时即能保证点火成功。     

PMMA激光点火特性研究

采用CO2激光点火实验系统,研究了常压下PMMA的点火过程以及点火延迟时间与点火热流密度的关系。研究结果表明,随点火热流密度的增加,PMMA的点火延迟时间减少;当点火热流密度大于286 W/cm2时,热流密度对点火延迟时间的影响变小;当点火热流密度较低时,点火延迟时间随着热流密度的减小而急剧增加,且存在点火的最低能量阈值。最后,给出了常压下热流密度范围为70～881 W/cm2内的PMMA点火延迟时间与点火热流密度的数学关系式。     

丁羟推进剂激光点火延迟时间研究

应用Ｃ２激光点火器研究了丁羟推进剂中氧含量，等因素及激光点火热通量与点瞎迟时间之间的关系，研究结果表明，随着丁羟推进剂氧量，燃速以及点火热通量的增加，推进的点火延迟时间缩短。超细铝粉能明显改善了羟推进剂的激光点火性能，使点火延这时间缩短。     

Chemical aspects in shock ignition of fuel drops

The behavior, in an oxygen atmosphere, of shocked drops of nitromethane, 1- and 2- nitropropane, ethyl and propyl nitrate, decane, and heptane was studied. Results suggest a new mode of ignition for nitrates at high incident shock Mach numbers (M 3.7). At the high incident shock strengths ignition occurs in the boundary layer, but no blast wave develops as is the case for lower shock strengths. Since ignition delay times are very short under these conditions, the absence of blast waves is attributed to the lack of time for the accumulation of fuel in the wake. Gas phase studies of the shock decomposition of fuel molecules were undertaken to determine if gas phase data could be used to explain the trends in the drop ignition observations. Nitromethane and the nitrates were mainly used in this effort. Alternative explanations for the role of gas phase kinetics in the ignition of drops are presented.     

硼粒子的点火及燃烧特性

介绍了硼的物理化学特性和燃烧机理，硼的点火延迟期长、燃烧效率低是由其本身的特性所决定的。改善硼的点火及燃烧特性可以通过控制其粒度，表面包覆、添加低燃点金属等途径来实现。采用ＧＡＰ包覆硼粒吃可以显著降低硼粒子的点火时间，提高了燃烧效率。     

固体推进剂光学参数对激光点火延迟时间的影响

给出了固体含能材料主要光学参数的定义和测量方法，考察了推进剂光学参数对激光点火中点火延延迟时间的影响，着重分析了吸收系数偏小带来的光学深度吸收，以及由此引起的理论与实际点火延迟的差异，并建立转换系数予以描述。以NEPE推进剂为例，对不同热流密度下点火延迟时间的理论估算表明，光学参数及由光学参数决定的浓度吸收对激光点火延迟时间的影响不可忽略。     

推力室逆置点火瞬时真空舱流场数值与试验研究

针对高空模拟舱内逆向布置的推力室点火瞬时过程中舱内压力的变化规律进行了理论和数值仿真分析,推力室高速气流的动能是推力室短程点火过程中舱内压力大幅上升的主要原因.为保证推力室点火时舱内的真空度,需要在推力室出口配置导流装置将燃气导出真空舱.对单台和4台并联推力室进行点火试验,试验表明：采用燃气导流能够较好保持舱内真空度,是整机多推力室高空模拟试验的新思路.     

MMH/NTO双组元自燃推进剂反应机理简化

采用反应流分析结合灵敏度分析的简化方法,对MMH/NTO详细燃烧化学反应机理进行了简化,获得包含25个组分和43个基元反应的MMH/NTO简化反应动力学模型。并从着火延迟时间和燃烧火焰温度两方面,通过对比理论结果、详细机理和简化机理预测结果,在较宽范围参数内对简化机理进行了验证。验证结果表明简化机理和详细机理预测的MMH/NTO体系的着火延迟时间和燃烧火焰温度具有非常高的一致性,说明了简化反应机理的合理性。进而分析了初始温度、燃烧室压力、氧燃比对MMH/NTO体系的着火延迟时间和燃烧火焰温度的影响规律,MMH/NTO体系的着火特性对初温和燃烧室压力较为敏感,燃烧火焰温度则对氧燃比和燃烧室压力较为敏感。为后续发动机燃烧的CFD数值计算提供了准确的反应动力学模型。