空问化学推进技术的发展

空间化学推进技术包括双组元推进、单组元推进和微推进技术。双组元推进技术的发展，一方面依赖于采用高能推进剂和提高燃烧室压力，另一方面依赖于推进剂提高密度、降低毒性和降低冰点。硝酸羟铵基单组元推进剂密度比无水肼大40％，蒸汽无毒，冰点低于-20℃，有望取代无水肼。现在比较成熟的两个配方硝酸羟铵-甘氨酸-水体系和硝酸羟铵-甲醇-水体系。纳米卫星则需要从微牛级到毫牛级推力的微推进技术。     

空间化学推进技术的发展

空间化学推进技术包括双组元推进、单组元推进和微推进技术.双组元推进技术的发展,一方面依赖于采用高能推进剂和提高燃烧室压力,另一方面依赖于推进剂提高密度、降低毒性和降低冰点.硝酸羟铵基单组元推进剂密度比无水肼大40%,蒸汽无毒,冰点低于-20℃,有望取代无水肼.现在比较成熟的两个配方硝酸羟铵-甘氨酸-水体系和硝酸羟铵-甲醇-水体系.纳米卫星则需要从微牛级到毫牛级推力的微推进技术.     

硝酸羟铵基单元推进剂小推力室的性能和寿命试验

由硝酸羟铵(HAN)、甘氨酸和水组成的单元推进剂对环境无害。采用这种新型推进剂进行了火箭发动机试验,以测定小推力(4.5～9.0N.推力级别)催化分解推力室的性能和寿命特性.研制硝酸羟铵基推进剂长寿命催化反应室,是对当前单元推进剂技术的挑战。硝酸羟铵与燃料配混燃烧后产生的燃气,分子量比较高,需要把燃烧室温度限定在目前催化剂耐高温性能范围内,以便将发动机比冲保持在能够接受的水平。硝酸羟铵与燃料配混燃烧后产生相当多的水蒸汽,使工作环境更加恶劣。传统的贵金属催化剂在这种高温水蒸汽环境中,表面积和活化金属都有所损耗。通过发动机性能试验和寿命试验,本文讨论了目前硝酸羟铵推进剂推力室研制过程,推力室设计和催化剂选择方案。     

阿里安5单组元姿控发动机系统

阿里安5的姿控发动机采用单组元无水肼落压式推进系统,其结构简单,设计可靠性高。该系统的所有组件几乎都是重新研制的。这些组件包括囊式钛合金贮箱、两个400N 推力室模块、隔离阀、流量控制阀、歧管集合器、导管和隔热罩等。本文比较详细地介绍了阿里安5单组元姿控发动机系统、各组合件的结构、和发动机研制过程中所进行的大量试验。     

无毒单组发动机技术研究

介绍了国内外几种无毒单组元发动机技术的研究背景及研究现状。列出了过氧化氢推进剂、羟基推进剂及硝酸肼基推进剂的一般物理、化学特性和主要性能。除比较了上述三种推进剂无毒单元发动机的工作原理及性能特点外，还在推进剂配方的确定、催化剂的选择及发动机结构设计准则等方面进行了初步的探讨，并地三种推进剂发动机的空间应用前景进行了评价。     

无毒单组元发动机技术研究

介绍了国内外几种无毒单组元发动机技术的研究背景及研究现状。列出了过氧化氢推进剂、羟基推进剂及硝酸肼基推进剂的一般物理、化学特性和主要性能。除比较了上述三种推进剂无毒单元发动机的工作原理及性能特点外，还在推进剂配方的确定、催化剂的选择及发动机结构设计准则等方面进行了初步的探讨，并对三种推进剂发动机的空间应用前景进行了评价。     

运载器羟铵硝酸基单组元推进剂评估

由于航天飞行的费用不断增长,且需要进一步提高运载器性能并减少对环境的危害,这些促使考虑改变火箭设计和推进剂选择的标准。以往推进剂的性能优劣仅取决于比冲和密度,现在对环境安全无害及可操作性与费用也是关键因素。目前对这些因素的重视使政府和商业发射商对使用HAN(羟铵硝酸)基液体推进剂作为简单、安全、可靠和高性能的单组元推进系统用推进剂更加感兴趣。     

国外单组元变推力发动机应用与关键技术

介绍了国外单组元变推力发动机的应用现状,阐释了单组元变推力发动机的结构和设计原理,总结了研制和改进过程中的关键技术,主要包括径向双层夹套催化床设计、径向喷注器设计、流量稳定调节技术和催化床空穴控制技术等。美国为火星软着陆研制的MR-80和MR-80B无水肼单组元变推力发动机分别应用于“海盗”号和“好奇”号着陆器下降级推进系统。MR-80发动机可实现275~2835 N变推力调节,推力变比为10∶1,比冲为205 s,呈120°均布于“海盗”号着陆器三角形基座的长边。“好奇”号下降级推进系统由2个高压氦气瓶、3个推进剂贮箱、8台单组元变推力发动机、8台单组元250 N姿控发动机、1个压力控制组件和3个推进剂控制组件组成,MR-80B发动机可产生31~3603 N的真空推力,推力变比达到100∶1,比冲范围为204~223 s。     

一种HAN基单元推进剂及催化分解性能研究

介绍了一种新型高性能HAN基单组元推进剂及其在5 N发动机中的催化分解性能。通过点滴试验和热力学计算考察了新型推进剂的催化分解活性和理论燃烧温度,通过5 N发动机的120℃启动、10 s和20 s稳态程序、1 200 s长稳态程序和脉冲程序考察新型推进剂的启动性能、催化分解活性、长稳态工作稳定性以及脉冲工作稳定性,评价了推进剂配方对催化剂的损伤程度。结果表明,新型HAN基单组元推进剂具有较高的催化分解活性和适宜的理论燃烧温度,能够在5 N发动机中于120℃预热温度下顺利启动,完成系列稳态和脉冲考核程序,累计工作时间大于2 000 s,燃烧室最高温度不超过1 150℃。试后催化床未出现空腔,催化剂颗粒完整,质量损失率小于5%。试验证明了新型HAN基推进剂具有良好的催化分解燃烧性能和与催化剂的匹配性能。     

氧化亚氮推进技术研究进展

随着环境保护的加强,人们越来越希望找到一种绿色推进剂来代替现有的肼类有毒推进剂.氧化亚氮作为一种绿色推进剂,无毒性,地面实验操作处理方便,不需要繁琐昂贵的防护;常温贮存性,贮箱几乎不需要主动热控制;饱和压力高,可采用自增压方式供应推进剂;绝热分解温度较高,可作为单组元和双组元发动机的推进剂.分析了氧化亚氮作为推进剂的性能及其主要应用领域,着重研究其在液体火箭发动机的应用.通过对氧化亚氮自增压供应系统,单组元推进的催化分解系统,克服催化床限制的氧化亚氮与燃料混合的NOFBXTM技术,以及氧化亚氮作为氧化剂的双组元推进系统的国内外研究进展进行综述,指出当前研究工作中存在的问题,以期为该方面的进一步研究提供一定的参考.     

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。     

单组元推进剂选择准则--肼和其它方案

单组元推进系统用于中型飞行器具有很多优点,其中包括工作系统简单、可靠性高、费用低等方面.最近着力于研究低毒性推进剂和电推进以替代肼推进系统,其中的许多方案已经充满希望.本文表明对于许多飞行器来说,肼单组元推进系统仍然是一种理想的选择,正在进行的工作包括对肼推进系统简化设计,采用燃料加注车加注以减少费用,简化操作程序.本文还将研究各种折衷方案,在这些折衷方案中,肼推进以外的其它方案更合适.     

ARC 22N双组元Pt/Rh推力室的研究试验

本文介绍了 ARC 用于卫星位置保持的22N 推力室的研究试验.这种新型推力室采用无涂层的 Pt/Rh 合金燃烧室,稳态工作的推进剂耗量已经超过了目前硅化物涂层的铌合金推力室,额定工况下的比冲可达2943m/s。推力室具有很小的集液腔,脉冲比冲和脉冲再现性得到提高,并且已经顺利地完成了各项研究试验,推力室的热稳定性得到验证。     

HAN基无毒单组元发动机热控研究

为使某HAN基无毒单组元发动机正常工作,需采用一种高效的热控方式,保证点火前其催化床温度在200℃之上(远高于传统单组元发动机的点火温度)。以该HAN基发动机为研究对象,在制定的热控方案基础上,建立有限元模型,采用I-DEAS/TMG软件对该发动机各部件温度进行计算,之后按照产品状态进行发动机真空热试验,获取发动机重点部位的温度数据。结果表明:除前床后部外,其余位置温度测点的热分析和试验温度误差均小于4℃,认为两者吻合较好,有限元模型可用于之后的在轨温度预示等工作;该HAN基发动机身部采用安装一种新型铠装加热丝组件,而后覆盖不锈钢箔的热控方式,结合支架的镂空结构设计,满足发动机工作的温度要求。     

低冰点推进剂1N单组元发动机技术研究

单组元发动机采用低冰点推进剂具有良好的低温冷起动和工作性能,对于实现航天器的长期在轨驻留、轨道控制和姿态调整具有十分重要的意义。对-30℃低冰点四体系推进剂的特性进行了分析,对低冰点推进剂小推力量级发动机催化分解技术进行了试验研究。试验结果表明,发动机冷起动、关机正常,稳态、脉冲工作稳定,性能可靠。     

非金属凝胶推进剂热力特性计算及分析

研制了非金属凝胶推进剂热力气动力计算软件,对某单组元和双组元凝胶推进剂进行了热力气动力计算和分析,结果表明：对计算使用的胶凝剂,胶凝剂质量含量增加,推力室真空比冲、燃烧室温度和特征速度均下降;相同条件下,当胶凝剂在推进剂中质量含量在1％～3％范围变化时,某型单组元凝胶推进剂真空比冲比原推进剂下降约0．47％～1．94％;质量含量在2％～5％变化时,在最佳混合比处,某型双组元凝胶推进剂真空比冲比原推进剂下降约1％～2．69％。凝胶推进剂的热力特性主要取决于添加的胶凝剂的化学成分和含量。     

用于卫星推力室的新型催化剂

卫星上安装有用于轨道和姿态控制的小推力推力室。推力由三氧化二铝基的铱催化剂分解无水肼而产生。铱催化剂的主要缺点是成本高和生产技术复杂。目前的工作是把钼(M)、钨(W)的碳化物与氮化物的合成过程与成型联系起来,形成有大、中孔隙的新型催化剂,来代替昂贵的传统催化剂30%铱——三氧化二铝(即shell-405_(TM))。在这种新的工艺中,首先是制备胶状的钨酸和钼酸;然后把这些材料与有机聚合物混合,使之生成胶体溶液;再挤压成型。其次把生成的这些中间过渡产品送去加热处理,焚烧掉有机聚合物得到所期望的有大、中孔隙的氧化物。最后一步是按照Boudart和Volpi方法利用挤出物制备氮化物和碳化物。本文给出了用2N推力室试验新催化剂的主要试验结果,同时与Shell 405~(TM)的试验结果进行了比较。试验表明新催化剂有如下特点:比表面积大;能承受高达1100K的烧结温度;热试时室压和推力高度稳定,催化剂机械强度高。新催化剂的主要优点是生产工艺更简单而且成本更低。     

过氧化氢单组元推力室最新发展

近来有一种趋势,即重新评估那些有利于环境保护和便于使用维护的推进剂,过氧化氢就是其中之一。它的一些独有的特点使之具有很多用途.它有良好的储存性能,高的密度比冲,作为单组元推进剂,其分解产物为过热水蒸汽和氧气.过氧化氢作为单组元推进剂在五六十年代广泛用于反作用控制系统和驱动涡轮的气体发生器系统.虽然大部分生产设施在七十年代末、八十年代初被闲置,但到目前为止,仍有一些过氧化氢装置在被生产和使用.本文着重描述了以过氧化氢为推进剂的一些装置和其应用范围,提供了相关的试验数据.所用的过氧化氢推进剂是由几个大的推进剂生产厂商提供的.General Kinetics 公司还完成了确定过氧化氢装置寿命标准的试验,并给出了九种不同装置的性能数据.这些装置从推力仅13N 的推力室,直至用于4.45kN 双组元发动机上的气体发生器装置.试验表明,单个装置的寿命超过了6000s。     

HAN基无毒单组元1N发动机设计研究

对硝酸羟胺(HAN)基单组元1N发动机的设计进行了研究。给出了发动机总体设计中喷注方式、催化床、支架、身部材料和控制阀等要点。介绍了发动机研制中突破的关键技术:采用3孔喷注器对流量进行均匀分配,提高发动机温起动次数,缩短响应时间;催化床分隔为前床和后床,分别使用不同直径大小的催化剂,减小空腔,提高发动机性能;挡板和分隔板应用耐高温铂铑合金材料,提高发动机性能和寿命。高空模拟热试车表明:设计的HAN基1N发动机可实现平稳点火,并获取了发动机的稳态和脉冲工作性能。发动机研制已完成了模样阶段并转入初样阶段,并被国内快响小卫星采用。     

600N单组元推力室的研制

600N单组元推力室使用DT-3推进剂,催化床床载率高达6g/cm2·s,头部采用两组环形分布的喷注扩散器并进行了模块化设计,身部采用了隔热装置,推力室具有结构紧凑、工艺简单、重量轻等特点。热试车结果表明,推力室起动迅速、平稳,性能可靠。