凝胶推进剂及其模拟剂的制备和特性表征

高能凝胶推进剂的选择、制备、实验及特性表征是凝胶推进剂研究的关键环节.燃料凝胶化包括有机和无机两种胶凝剂.氧化剂的凝胶化使用了无机胶凝剂.此外选择和配制了凝胶推进剂的模拟剂,它具有与实际燃料和氧化剂相匹配的流变特性.制备了在流变学上相匹配的凝胶燃料和凝胶氧化剂、惰性凝胶模拟剂与凝胶推进剂,并对其流变学特性进行了分类.     

UDMH/NTO双组元凝胶推进剂的制备及性能研究

对UDMH/NTO(偏二甲肼/四氧化二氮)双组元推进剂凝胶剂进行筛选的基础上,分别制备了UDMH与NTO凝胶推进剂,利用Brookfield流变仪研究了其流变性能;在进行了初步发动机试验后发现,氧化剂凝胶的无机凝胶剂颗粒会堵塞管路而使试验不能正常进行。通过对氧化剂凝胶的改进,重新建立了氧化剂凝胶体系并研究了其流变性能。发动机试验表明:新的UDMH/NTO双组元凝胶体系能够满足发动机设计对凝胶推进剂的要求。     

凝胶DT-3推力器的初步探索

研究了凝胶DT-3的流变特性、流量特性,利用凝胶DT-3推力器试验件进行了热试车。结果表明,凝胶DT-3在试验温度范围内表现出剪切稀化的非牛顿流体特性;温度、压降和几何结构对凝胶DT-3的流变特性有明显影响;适当增加毛细管喷注器直径有利于凝胶DT-3的流动及雾化;试验件点火工作正常,室压稳定,比冲性能为液体DT-3的90%。     

剪切对凝胶汽油表观粘度影响的实验研究

采用超声波震荡和机械搅拌的方式,制备了以SiO2为凝胶剂的凝胶汽油QNJ?1和QNJ?2,利用旋转式流变仪对QNJ?1和QNJ?2的表观粘度进行了实验研究。研究了凝胶剂含量、剪切速率以及预剪切对凝胶汽油表观粘度的影响,获得了该种类型的凝胶汽油在不同剪切速率下的表观粘度。实验表明,随着凝胶剂含量的增加,表观粘度增大,在低剪切速率条件下尤为明显;当凝胶剂含量相同时,表观粘度随剪切速率的增大而减小,且减小幅度越来越小;预剪切能够显著降低凝胶汽油的表观粘度。研究结果对于进一步了解凝胶汽油粘度对雾化的影响具有重要意义。     

溶胶-凝胶法二氧化硅增透膜的制备与研究

利用正硅酸乙酯为前驱体,乙醇为溶剂,采用溶胶-凝胶法在玻璃基片上制备二氧化硅增透膜,并结合正交试验设计的方法,分析了试验的最佳原料配比以及影响二氧化硅增透膜性能的主要因素。用紫外-可见光分光光度计测定了二氧化硅增透膜的透光率。实验研究结果显示:以盐酸为催化剂在普通玻璃上制备的增透膜,可使透光率平均提高约3%;膜层结构为非晶态;正硅酸乙酯和水的含量是主要影响因素。     

凝胶燃料的雾化特性表征

在当前凝胶燃料研究中,重点是研究凝胶推进剂雾化过程的流变特性.实验证明假塑性的、有粘性但无弹性的水凝胶具有同牛顿液体一样的雾化模式,只是它们的雾化过程难度较大.实验结果说明雾化过程深受燃料中凝胶含量和喷注器几何形状的影响.由于凝胶组分含量升高引起剪切粘度升高,索太尔平均直径(SMD)也随之增加.宽角度的收敛流喷注器需要较小上游压力来达到与三个一组对称喷嘴相同的雾化性能.本研究还验证了通过凝胶剂融合来达到理想的流变特性.     

基于SPH方法的凝胶推进剂一次雾化仿真研究

一次雾化中存在传统网格法难以解决的自由表面、大变形等问题,本文将光滑粒子流体动力学(SPH)方法探索性地应用于凝胶推进剂一次雾化仿真研究。模型粒子数保持在105左右,在高剪切速率下,将凝胶推进剂看作高粘度牛顿流体,研究了撞击速度、撞击角度以及凝胶推进剂物性参数对雾化效果的影响,仿真结果与实验结论基本一致。     

耐高温气凝胶隔热材料研究进展

气凝胶是一种由胶粒或者聚合物单体相互聚合构成的具有三维网络骨架的固体纳米材料,具有超低密度、低热导、高比表面积和高孔隙率等优异性能。气凝胶材料的孔隙率在90%以上,且气凝胶材料内部的介孔结构使得气凝胶具有极佳的隔热性能。同时,气凝胶材料的低热导率和高耐温性可以让其在高温下仍能保持良好的三维纳米网络结构,不会发生高温烧结现象。因此,气凝胶材料在轻质耐高温防隔热材料领域得到了广泛关注。本文重点介绍了耐高温气凝胶隔热防护材料耐温性能研究及发展现状,且对耐高温气凝胶隔热防护材料的发展进行了展望。     

凝胶推进剂直圆管中剪切速率与表观粘性实验研究

分析了直圆管中凝胶推进剂剪切速率和表观粘性与相关参数的关系,研究了直圆管中凝胶推进剂剪切速率和表观粘性的实验研究方法,利用物料管路测试系统进行了某型凝胶推进剂直圆管剪切速率与表观粘性实验研究。结果表明:管路实验可以得到较大范围内凝胶推进剂剪切速率与表观粘性关系;而且当剪切速率在104量级时表观粘度随剪切速率的增加基本不再变化。     

液体火箭凝胶推进剂燃烧特性研究进展

液体火箭凝胶推进剂燃烧特性是凝胶推进技术发展的关键问题之一。综述了液体火箭凝胶推进剂燃烧特性研究状况与进展,详细阐述了凝胶液滴燃烧机理,总结分析了凝胶推进剂燃烧特性三种试验研究方案和四种理论研究模型的特点,指出了研究凝胶推进剂燃烧特性的重要性并对进一步的研究工作提出建议。     

溶剂对石英/酚醛复合材料浸润过程的影响

通过研究不同溶荆对于石英／酚醛复合材料溶液浸润过程的影响,得出酚醛树脂及溶荆在石英表面的竞争性吸附机理。漫反射红外光谱研究表明,强极性溶剂由于能够与石英表面Si-OH形成氢键,从而与酚醛树脂在石英表面形成竞争性吸附;粘度和表面张力测量证实强极性溶剂被优先吸附;热失重分析表明,不同溶剂与酚醛树脂的竞争性吸附导致树脂在石英表面平衡吸附量存在差异。     

四氧化二氮凝胶推进剂的配方研究

针对四氧化二氮（NTO）的特殊氧化性,筛选了三种不同胶凝剂与NTO形成凝胶,对其流变性能进行研究,并结合发动机试验、限流圈试验、发动机头部液流试验,验证了其与偏二甲肼（UDMH）凝胶组成的双组元推进剂用于凝胶发动机试验的可行性。结果表明：单一胶凝剂和NTO形成的凝胶体系不能满足凝胶发动机的要求,而复合胶凝剂YN61＋YN71与NTO形成的凝胶体系具有粘度高、所需剪切力低的优异流变性能,基本能满足凝胶发动机的要求。     

过氧化氢推力室技术研究

简述了过氧化氢作为火箭推进剂的优点,重点介绍了近几年陕西动力机械设计研究所在过氧化氢单组元推力室和双组元发动机推力室研制中取得的进展。设计了几种过氧化氢单组元推力室并进行了试验;进行了过氧化氢／煤油双组元火药点火试验;进行了催化点火技术的研究,27次点火试验全部取得成功;设计并生产了几种双组元推力室,对过氧化氢／煤油自燃点火技术进行了研究,累计进行了500余次点火试验;采用37kN推力室分别进行了90％过氧化氢／煤油的火药点火试验和自燃点火试验,试验获得了成功。     

Production of oxidants by ion irradiation of water/carbon dioxide frozen mixtures

We present new experimental results on the formation of oxidants, such as hydrogen peroxide, ozone, and carbonic acid, under ion irradiation of icy mixtures of water/carbon dioxide at different ratios and temperatures (16 and 80 K). Pure water ice layers and mixtures with carbon dioxide were irradiated by 200 keV He+ ions. We found that the CO(2)/H(2)O ratio progressively decreased to a value of about 0.1, the H(2)O(2) production increased with increasing CO(2) abundance at both 16 and 80 K, and the CO and H(2)CO(3) production increased with increasing CO(2) abundance at 16 K. At 80 K, the synthesis of CO was less efficient because of the high volatility of the molecule that partially sublimed from the target. The production of carbonic acid was connected with the production of CO(3). O(3) was detected only after ion irradiation of CO(2)-rich mixtures. The experimental results are discussed with regard to the relevance they may have in the production of an energy source for a europan or a martian biosphere.     

纳米SiO2对氰酸酯树脂的增韧改性研究

研究了在不同配比下，几种纳米SiO2（工业品和溶胶-凝胶法自制）对双酚A型氰酸酯树脂（BADCy）的改性方法，并且制定了体系的固化工艺。通过差示扫描量热（DSC）、透射电镜（TEM）等分析测试手段，研究了体系的反应活性以及结构，在此基础上给出了合理的理论分析。研究结果表明：SiO2以15—45nm不等的粒度尺寸分散于BADCy大分子网络结构的空隙间，在网络中起着协同效应和增强增韧作用。纳米SiO2含量为2％-4％时增强增韧效果最佳。     

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。     

CAST空间碎片超高速撞击试验研究进展

超高速撞击试验是开展载人航天器及大型应用卫星空间碎片超高速撞击风险评估和防护设计的基础,作为我国航天器环境效应和可靠性工程验证部门的北京卫星环境工程研究所在这个领域做了大量的工作。文章介绍了二级轻气炮超高速撞击地面模拟试验技术、典型防护结构防护性能的超高速撞击试验验证、载人航天器外露材料超高速撞击特性、毫米级弹丸7 km/s以上超高速稳定发射技术探索、高性能防护结构研究等方面的若干近期进展。展望了我国空间碎片防护需求和地面超高速撞击试验研究的发展方向。     

Mineralization of wastes of human vital activity and plants to be used in a Life Support System

Available methods for mineralizing wastes of human activity and inedible biomass of plants used in this country and abroad are divided into two types: dry mineralization at high temperatures up to 1270 K with subsequent partial dissolution of the ash and the other--wet oxidation by acids. In this case mineralization is performed at a temperature of 470-460 K and a pressure of 220-270 atmospheres in pure oxygen with the output of mineral solution and dissoluble sediments in the form of scale. The drawback of the first method is the formation of dioxins, CO, SO2, NO2 and other toxic compounds. The latter method is too sophisticated and is presently confined to bench testing. The here proposed method to mineralize the wastes is in mid-position between the thermal and physical chemical methods. At a temperature of 80-90 degrees C the mixture was exposed to a controlled electromagnetic field at normal atmospheric pressure. The method merits simplicity, reliability, produces no dissoluble sediment or emissions noxious for human and plants. The basic difference from the above said methods is to employ as an oxidizer atomic oxygen, its active forms including OH-radicals with hydrogen peroxide as the source. Hydrogen peroxide can be produced with electric power from water inside the Life Support System (LSS).     

火星探测用金属/CO2燃烧技术研究进展与展望

火星原位资源利用指利用火星当地资源生产火星探测所需原料和能源,减少任务载荷,降低发射成本,是火星探测不可或缺的关键技术。金属和二氧化碳是火星重要的原位资源,部分金属可以在二氧化碳气氛中燃烧,使得金属/CO_2燃烧体系在火星上扮演地球上化石燃料/空气燃烧体系的角色成为可能。从拓展金属/CO_2燃烧技术在火星探测中应用的角度出发,梳理了火星二氧化碳收集方式、火星矿物分布和冶炼、金属/CO_2燃烧技术的主要应用方式(Mg/CO_2火箭发动机和Mg/CO_2金属燃烧器)的研究进展,并对今后的研究进行了展望。