N2O4真空排放试验研究

真空状态对高空液体火箭发动机的工作过程具有重要影响,研究液体火箭发动机高空点火、真空排放等过程时,必须对所采用的推进剂在真空状态与地面状态下的差别进行仔细研究。本文以某型高空发动机的真空排放过程为研究对象,根据排放管路中流速相等和流动时间相等的原则,设计了缩尺试验件,对N_2O_4真空排放过程进行了试验研究。结果表明,N_2O_4真空排放流量的轻微减少对发动机实际排放效果影响很小。     

载人航天器微量污染控制装置实验研究

在分析中长期载人航天器舱室内的微量气态污染来源，以及比较国内外微量污染净化系统方案的基础上，提出适合我国将来发展的空间实验室微量污染净化系统，它由活性炭吸附床、高温催化反应装置、常温催化反应装置、风机、阀门及控制装置等组成。文中重点介绍了高温催化氧化装置实验样机的结构设计和控制方法，在搭建的实验平台上对该净化样机进行了各种工作性能实验研究。实验结果表明：温度控制器控制精度高、装置工作性能稳定、净化效率较高。     

生物柴油和甲醇组合燃烧对发动机排放性能的影响

以一台Isuzu 4HF1的直喷柴油机为试验机,采用生物柴油和甲醇组合燃烧方式进行排放性能的试验研究。研究表明,发动机在不同负荷下,甲醇的喷射比例从0至60%的组合燃烧模式与纯生物柴油燃烧模式相比,组合燃烧模式中CO2的排放减少,最高降幅达到10%;并且NOx的排放量下降了9.1%-29.6%;微粒质量浓度降幅最大为65.7%,均优于纯生物柴油模式。而CO和HC的排放含量明显提高,提高幅度达到6倍,但经过排气管安装催化转换处理器之后,含量可低于纯生物柴油模式。     

纳米NiCu复合粉对AP及AP/HTPB推进剂热分解的催化作用

制备了不同Ni、Cu比例的纳米NiCu复合粉,用差示热分析(DTA)法研究了纳米NiCu复合粉对AP及AP/HTPB推进剂热分解的催化作用。结果表明,纳米NiCu复合粉可显著降低AP以及AP/HTPB推进剂的热分解峰温,使总表观分解热明显增大,表现出显著的催化效果。Ni与Cu的比例对纳米NiCu复合粉的催化性能有较大的影响,随着Cu含量的增加,催化性能增强,以Ni60Cu40的催化效果最好。随着纳米NiCu复合粉加入量的增加,其催化作用增强。探讨了纳米NiCu复合粉催化AP热分解的作用机理。     

汽车发动机排放污染及净化

文章分析了汽车排放污染的形成机理，并详细介绍了现代汽车上采用的污染净化措施。     

GAP贫氧推进剂的常压热分解特性研究

采用DSC方法研究了GAP模拟贫氧推进剂的常压热分解特性．同时考察了TMO催化荆对GAP模拟贫氧推进剂热分解特性的影响。实验结果表明，TMO催化剂对GAP、AP和KP的催化作用不同，复配催化荆可能是GAP贫氧推进荆系统中催化效果较好的催化剂。     

不同晶型二氧化钛的制备及其对高氯酸铵的催化分解

以钛酸丁酯为钛源,乙酰丙酮为水解抑制剂,采用溶胶回流法在温和条件下制备了无定型纳米二氧化钛。在200～1000℃下分别煅烧得到六种不同的二氧化钛粉末。分别采用宏观拍照、X射线衍射法、比表面积分析对其进行物相表征,并研究了其对高氯酸铵的催化作用。结果发现,在400℃下煅烧的纳米二氧化钛为纯锐钛矿相,比表面积计算为89.89 m~2/g,其吸-脱附模型属于Ⅳ型介孔材料。在六种样品中,只有TiO_2-400对高氯酸铵的分解催化效果最为明显,随着添加量的增多催化效果明显增强,并且高温分解峰有由吸热转向放热的趋势。分析认为,高氯酸铵在低温分解阶段因NH_3逐渐附满其表面而使反应停止,而纳米TiO_2对NH_3有吸附效果,使得NH_3有机会与HClO_4及其产物发生氧化还原放热反应,对AP热分解产生了催化作用。     

ZrO2对双基推进剂燃烧的催化作用研究

研究了ZrO2对含催化剂螺压双基推进剂燃烧性能的影响,并结合推进剂稳态燃烧火焰照片、熄火表面、燃烧区温度波分布等测试结果对其作用机理进行了探索研究。结果表明,采用ZrO2替代部分铅铜催化剂,可提高推进剂的燃速,并实现较高压力的燃烧平台,从而降低有毒有污染的铅类催化剂用量;ZrO2可能在推进剂燃面上吸附醛类、NO2、NO和CO等燃烧中间产物,在为铅铜催化剂提供催化条件的同时,又能抑制其熔融分解产物如PbO和CuO的团聚,从而提高铅铜催化剂的催化燃烧效果,且ZrO2粒度越小,该作用效果越显著。     

NEPE推进剂主要组分催化分解的研究

应用原位红外光谱仪研究了NEPE推进剂主要组分HMX、AP、NG及聚醚胶在升温至爆燃过程中,凝聚相红外光谱的变化。并研究了对NEPE推进剂提高燃速明显的YB2-450和降低压强指数效果较好的B2Pb两种催化剂对上述分解过程红外谱图的影响。发现B2Pb主要催化了HMX的分解,YB2-450主要催化了NG的分解,YB2-450还可在高温下加速AP的分解。这些结果为解释NEPE推进剂的燃烧特性提供了一定的试验依据。     

一种大面积比喷管的分段式设计与数值分析

为了满足大推力上面级发动机大面积比喷管的设计需求,采用了排放冷却前段和单壁辐射冷却尾段的分段式设计方案。在排放冷却前段传热计算的基础上,通过对内流场进行数值模拟,重点研究了单壁尾段在引入上游排放冷却气氢情况下的冷却特性和喷管效率。结果表明:对于大面积比喷管,采用带二次流的单壁金属喷管延伸段是现实可行的,有望达到较好的冷却保护效果并提高喷管效率。     

一氧化二氮无毒推进剂催化分解研究

为研究一氧化二氮（N2O）推进剂,建立了N2O催化分解装置,对N2O催化分解条件进行了研究,使用电阻丝外加热方式,将催化床外壁加热到400℃后切断电源,贮箱压力维持在0.4MPa的条件下,纯N2O流经催化剂发生分解,并能维持反应持续进行,最终催化床外壁温度可达到500℃～760℃。选择性能优良的催化剂C-2和添加剂T-B,可使N2O催化床外壁的催化分解温度达到980℃,具备了与燃料着火的条件。     

TiO2光催化薄膜在空间污染防护 应用中的探索

文章采用溶胶凝胶法在JGS1石英玻璃上制备了TiO₂薄膜,并对其晶体结构与光催化性能之间的关系进行了研究,探讨了紫外光辐照下TiO₂薄膜对大分子链硅油光催化效果。结果表明:经500 ℃热处理后的TiO₂薄膜为锐钛矿结构,具有较高的光催化活性;在253 nm紫外光辐照下,TiO₂薄膜对大分子链硅油表现出较好的光催化降解效果。该研究将为空间环境下飞行器光学表面污染净化材料的开发提供有益参考。     

丁羟高燃速配方应用研究

某课题丁羟燃速推进剂配方进行了多批次实验。实验证明：不同的二茂铁燃速催化剂对配方燃速催化效果有很大的不同，卡托辛作为高燃配方的燃速催化剂其催化能力明显高于叔丁基二茂铁；细AP粒度的微小变化对配方燃速、力学、工艺必能及催化效果影响很大，只有严格地控制好细AP粒度，才能有效地调节出性能稳定的高燃速配方。     

CuO结构特性及其对固体推进剂的催化特性

为了解不同粒度和不同形态下CuO的催化能力,采用热重/差热联用(TG/DTA),水下声发射实验方法,研究了普通球形CuO、球形纳米级CuO、棒状纳米级CuO对A3、PBT、HMX、AP等含能材料的热分解影响,并测试了不同种类CuO对固体复合推进剂燃烧速率的影响。结果表明,CuO类催化剂均能催化A3、PBT、HMX、AP等含能材料的热分解,但催化效果和CuO的形态关系密切,和粒度关系不大;棒状纳米CuO可有效地提高推进剂的燃速;而球形纳米CuO只在低压条件下可提高推进剂的燃速,高压下反而抑制了推进剂的燃速。     

长征四号乙/丙运载火箭末级空间碎片减缓技术研究与应用

为有效减少空间碎片的产生,避免空间碎片危及空间活动和航天器安全,保护空间环境,对长征四号乙/丙(CZ-4B/4C)运载火箭末级空间碎片减缓技术及应用进行了研究。基于国际上对运载火箭末级空间碎片减缓的钝化和离轨等基本要求,确定了CZ-4B/4C运载火箭末级的钝化和离轨技术。给出了改进后的剩余推进剂排放方案。介绍了其中推进剂管理、排放程序优化设计、推进剂排放污染分析、全系统地面冷流试验、排放程序兼顾离轨,以及高压气体释放等关键技术。对CZ-4B/4C运载火箭28次LEO轨道发射任务事后的末级离轨效果统计表明:末级留轨近地点高度平均下降约200km,留轨寿命降低约70%,采取的末级钝化措施在LEO任务中的离轨效果明显。讨论了CZ-4B/4C运载火箭末级留轨时间控制中后续三级发动机二次点火离轨、三级发动机三次点火离轨和姿控正推推力器离轨等主动离轨方法发展及其关键技术。研究对推动我国运载火箭空间碎片减缓的发展有重要参考价值。     

壁面催化条件对热环境预测的影响

基于高超声速飞行器热流精确预测的需要,文章采用数值模拟的方法研究了高超声速热化学非平衡流动中壁面催化条件对热环境的影响.针对ram-cⅡ气动外形,使用ausm+up格式耦合lu-sgs方法求解带化学反应源项的多组分ns方程.得到如下结论:有限催化壁结果介于完全催化壁以及非催化壁之间:壁面催化特性的差异主要体现在热流的组分扩散项部分,因此可以通过评估完全催化壁时组分扩散项所占比率大小来预测壁面热流准确值.     

航天技术二次应用范例(六)

净化室工作服 NASA在空间计划早期就开始研究污染控制技术,因为航天器上的精密仪器和灵敏的电子系统极易因污染而出故障。在制造时,一小粒灰尘都可导致设备功能失常,轻则影响系统精度,重则导致任务失败。为帮助承包商建立净化室并开发先进的控制技术,NASA从马歇尔、约翰逊、肯尼迪等航天中心收集了大量数据,建立了净化室数据库。他们对净化室技术人员和管理人员进行专门培训,并出版了一系列污染控制手册。     

纳米可燃剂对HMX的热分解性能及热分解动力学参数的影响

以二甲基亚砜为溶剂,利用超声辅助喷雾重结晶原理制备了含有不同比例的纳米Al、Si可燃剂的HMX混合粒子;用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)对制备的复合粒子进行性能表征;重点研究了基于Kissinger法下所得含不同比例纳米可燃剂的混合粒子热分解性能。结果表明,与未加纳米可燃剂的HMX相比,加入质量分数为20%的纳米Al可燃剂细化的HMX的活化能Ea、活化熵ΔS、活化焓ΔH,活化自由能ΔG分别降低了26.07、19.23、26.09、11.75 k J/mol,随着纳米可燃剂含量的增加,催化效果越来越明显而且相同比例的纳米Al可燃剂比纳米Si可燃剂催化效果更好。也就是说,纳米可燃剂能够提高高温下HMX的反应速率,对HMX的热分解有明显的催化作用。     

纳米Ni、Ni-P、Ni-B粒子制备及催化AP热分解的研究

采用改进的化学镀镍方法,制备了纯度较高的纳米Ni、Ni-P及Ni-B粒子。运用透射电子显微镜(TEM)和X-ray射线衍射(XRD)方法对纳米粒子的物相、组织形貌和粒度进行了表征,并通过TG-DTA热分析实验,研究了制备的纳米粒子对AP热分解过程的催化影响。结果表明,纳米Ni粒子为面心立方晶体,呈现球形且平均粒径为60 nm左右;纳米Ni-P、Ni-B粒子为非晶合金,粒子呈现松散的聚集状态,形状不规则,粒径分布分别为10~80 nm和30~50 nm。制备的纳米粒子对AP低温和高温热分解反应均有促进作用,对高温分解的催化效果更明显,而Ni-B粒子的催化效果最为显著。加入质量分数为5%的Ni或Ni-P粒子,能将AP的高温热分解峰温分别降低53℃或80℃左右;而加入质量分数为5%的Ni-B粒子,能将AP的高温热分解峰提前125℃左右,与其在321.68℃的低温热分解峰重合,并使得整体热分解在368.33℃时就完全结束。     

提高铸铝合金洁净度的理论及工艺研究

从机理上对浮游精炼法进行了理论分析,认为增加熔剂量可以提高除气效果,但过量的熔剂又可能会给铝液带来二次反应夹杂;[H]含量达到平衡浓度前,增加除气时间可以提高除气效果;随着静置时间的延长,[H]含量有一个先减少后增大的趋势。采用旋转吹气一熔剂法净化铝液,以净化后铝液的[H]含量为考察目标,按照均匀理论设计了净化参数的多因子实验。对实验结果进行逐步回归和线性回归分析,确定了旋转吹气一熔剂法工艺规范：精炼剂加入量0．2％;除气时间10min;静置时间15min。