国外四氧化二氮治理发展概况

一、概述本文提及的“四氧化二氮”(N_2O_4)一词,系指用作火箭推进剂的 N_2O_4及含 N_2O_4的一类硝酸氧化剂。就 N_2O_4而言,亦指单体二氧化氮(NO_2)及二聚体 N_2O_4的平衡混合物:2NO_2 N_2O_4+13.9千卡这两个物质在液态和气态之间所有的平衡状态下都以明显的克分子函数存在。正常沸点     

自燃推进剂组元液滴的亚临界非定常蒸发计算模型

本文详细分析了自燃推进剂组元液滴在高温高压环境下的蒸发——分解燃烧过程。提出了该种液滴的亚临界非定常蒸发计算模型,应用该模型计算了UDMH和N_2O_4液滴在不同环境压力、温度和对流强度下的蒸发常数。计算表明,存在一个界限环境压力,超过这一压力就出现超临界蒸发。对于UDMH,当T_∞=3200°K时,界限压力P_∞=51大气压,而对于N_2O_4,P_∞=120大气压。计算还表明,UDMH的蒸发速度大于N_2O_4的蒸发速度。因而可以得出结论:在一般液体火箭发动机的工作条件下,UDMH为超临界蒸发,而N_2O_4为亚临界蒸发,而且发动机的燃烧过程主要受N_2O_4的蒸发速度所控制。这一结论已为发动机试车所证实。     

高性能的双组元铼发动机

几年来,TRW 一直在研究高性能的450N 双组元远地点发动机,室压0.7MPa。最初,采用化学气相沉积(CVD)的铼推力室,试验证明具有很长的寿命和很高的性能。但是,为了改善铼推力室的生产工艺,降低成本,在 NASA—LeRC 资助下,TRW 已研制一种取代 CVD 的粉末冶金(PM)铼燃烧室,其内外表面涂铱,外表面再涂高辐射系数的氧化铪。该发动机用 N_2O_4—MMH 和 N_2O_4—N_2H_4两种推进剂进行了试验,证明有很高的性能。发动机累计工作时间超过10000s,最长工作时间700s。本文将介绍和讨论这些试验结果。     

200N双组元远地点发动机试验研究

论述了可贮存双组元发动机 MAI-200试验研制概况:水力试验和点火试验结果。该发动机推力为200N,推进剂为N_2O_4/偏二甲肼。     

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。     

并联螺旋管内流量分配计算

本文简述了 DF—5 N_2O_4蒸发器的结构形式、结构参数及试验结果。给出了不考虑传热条件下并联螺旋管内流量分配计算法。提出了考虑传热及相变条件下并联螺旋管内流量分配计算的问题。     

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。     

瞬态流动条件下固体推进剂的点火

本文的目的主要是测定圆柱形固体推进剂在横向气流中的对流点火模式和位置。使用激波风洞可提供20毫秒时间的加热气流,其压力为1～2.0兆帕,温度为1600～2100K,流速为10～300米/秒。实验气体的组分为100％N_2;10％O_2和90％N_2;50％O_2和50％N_2共三种。测试仪器包括六个辐射探测器、高速摄影机、压力传感器和热流计等。点火为气相过程。相对于三基推进剂来讲,单基和双基推进剂在含氧气流中,点火较为容易。对大Reynolds数(如为16000),低含氧量的自由流气体,火焰会产生分离现象。在高的加热速率、并伴有边界层出现时,点火就会在小于1毫秒的时间内发生。根据流动条件的不同,点火位置可能在气流的前沿区或者在尾流区。     

俄罗斯氧化剂液膜冷却液体火箭发动机在喷气公司进行了热试车

美国喷气公司成功地进行了推力为400N 的 LTRE400N 液体火箭发动机的热试车工作。该液体火箭发动机的价格仅为西方国家生产的同等推力液体火箭发动机价格的10%。LTRE400N 液体火箭发动机是俄罗斯研制的,且其燃烧室采用氧化剂(N_2O_4)进行液膜冷却。这种方法在西方国家的液体火箭发动机上未使用过,他们只是用燃料来冷却燃     

纳米CuFe_2O_4的制备及其对高氯酸铵热分解的催化性能

以硝酸铜、硝酸铁为反应物,氨水为沉淀剂,PEG-400为分散剂,通过共沉淀法合成了纳米CuFe_2O_4。利用XRD、FE-SEM、TEM表征了纳米CuFe_2O_4颗粒的结构、粒径及形貌。同时,采用DSC研究了纳米CuFe_2O_4对AP热分解的催化性能。结果表明,所得的产物主要为尖晶石结构的CuFe_2O_4,粒径约为200 nm,呈类球形。DSC分析表明,纳米CuFe_2O_4对AP的催化效果优于单独使用共沉淀法制备的纳米CuO、纳米Fe2O3或者纳米CuO+Fe_2O_3(CuO和Fe_2O_3的摩尔比是1∶1)混合物的催化效果。纳米CuFe_2O_4对不同粒径的AP均具有显著的催化作用,且2%含量为纳米CuFe_2O_4催化AP的最佳使用量,可使64、6、1μm AP的高温分解峰温分别从441.3、433.8、416.9℃降低至356.8、379.8、355.2℃;表观分解热分别从941、1167、1312 J/g增加至1734、1 838、1 855 J/g;同时使64、6、1μm AP的热分解反应速率常数分别增大。随着AP粒径的减小,其团聚性增强,很难与纳米CuFe_2O_4形成均匀混合物。因此,想要提高纳米CuFe_2O_4对超细AP的催化性能,应该从解决纳米CuFe_2O_4和超细AP的分散均匀性入手。     

钛合金薄壁导管钨极氩弧焊工艺

介绍了用手工钨极氩弧焊方法,在一般的工作环境下利用自行设计制造的局部氩气保护工装系统对薄壁钛合金导管进行焊接,生产出符合工作要求优质接头的工艺过程。局部氩气保护工装系统使待焊接头完全处于纯氩气的保护中,有效地避免了H_2、O_2、N_2等气体对焊缝的污染。     

SiO_2添加剂对防热透波一体化复相陶瓷结构及性能的影响

为研究能满足高马赫数飞行条件下的防热、承载、透波等要求的防热透波一体化材料,文章采用SiO_2作为添加剂,添加到多孔Si_3N_4复相陶瓷中,通过调控SiO_2的含量(质量占比),研究添加后材料的气孔率、孔径分布、物相组成、显微结构、力学性能及透波性能。结果表明,多孔Si_3N_4复相陶瓷的气孔率随着SiO_2含量的提高而降低,抗弯强度随着SiO_2的含量提高而上升,透波性能随着SiO_2含量的提高先上升后略微下降,说明SiO_2的添加,既促进了Si_3N_4的烧结,又在一定程度上提高了其介电性能。添加7.5 wt%的SiO_2到多孔BN/Si_3N_4复相陶瓷中可以获得较理想的防热透波综合性能。     

补燃循环发动机发展史

60年代初是液体火箭发动机研制和发展的重要时期。为增加发动机比冲而作的一些研究使人们逐渐对高室压工况感兴趣;同时,补燃循环作为一种能从化学反应中获得最多能量的方法也开始进行探索。由空军支持的一个重要研究计划是研究使用可贮存液体、推进剂,推力在4452.2kN 到8894.6kN 的发动机的可能性。这些方案提出了使用超临界 N_2O_4作再生冷却液的实验鉴定技术和在喷注器与推力室壳体的制造中采用光刻技术。NASA 开始的先进发动机设计研究为高压补燃发动机指明了方向,随后在17.5MPa 压力下完成的次高压补燃燃烧试验,证明了燃烧系统的可靠性。空军也致力于高扬程氧泵和高室压 O_2/H_2补燃发动机(XLP—129)的研究,这些研究为 SSME 的涡轮和循环系统奠定了基础。     

过氧化氢和自燃燃料的双组元发动机研制

使用剧毒推进剂,如N_2O_4/肼类,将会变得越来越困难。一方面,一些环保法规和出于安全方面的考虑使得这些推进剂的价格大大提高;另一方面,这些推进剂在未来的推进系统中的使用也被严格限制。因此,必须使用低毒推进剂来替代以前的剧毒推进剂。比如,采用火箭用过氧化氢(RGHP)和燃料组成的双组元推进剂(以及相应的催化剂)。本文介绍了过氧化氢和甲醇组成的双组元推进剂(采用金属锰作为催化剂)的一些初步的研究工作,包括理论性能估算,点火试验,发动机发展过程,喷注器设计,以及样机试验。     

Si3N4/TC4活性钎焊连接机理与性能

针对Si_3N_4/TC4复合结构钎焊连接问题,研究了钎料和母材中活性元素Ti对Si_3N_4/TC4接头润湿性、界面结合机制和力学性能的影响。进行了润湿、接头显微组织分析和剪切强度试验,结果表明:活性元素Ti对于钎料在陶瓷表面的润湿起主要作用,Ag-Cu钎料通过TC4母材中Ti元素的长程扩散进入Si_3N_4界面虽然实现润湿,但形成的反应产物并不明显,陶瓷/钎料界面成为断裂薄弱区域。Ag-Cu-Ti钎料中Ti元素在Si_3N_4一侧界面富集形成TiN+Ti_5Si_3反应层,对钎料在陶瓷界面润湿性和接头断裂脆性都具有改善作用,接头剪切强度达到267.3 MPa。     

二硝酰胺铵(ADN)/纳米Fe_2O_3的热分解特性研究（英文）

二硝酰胺铵(ADN)因具有氧平衡和能量高、且不含卤素的特点,被认为是新型固体推进剂中最有应用前景的高能氧化剂之一。重点研究了纳米Fe_2O_3(nano-Fe_2O_3)对ADN热分解行为的影响。利用差示扫描量热法(DSC)和热重(TGDTA)分析法,研究了nano-Fe_2O_3/ADN混合物的热行为,采用Friedman法计算了其活化能;利用TG-DTA-MS和TG-DTS-IR联用仪,进一步研究了纯ADN和nano-Fe_2O_3/ADN混合物在相同测试条件下的气体分解产物组成及热分解机理。结果表明,nano-Fe_2O_3降低了ADN的起始分解温度和最大分解温度,促进了ADN的热分解,反应后残留物的质量与最初添加到混合物中的nano-Fe_2O_3的质量接近,表明nano-Fe_2O_3可以催化ADN的热失重和放热行为,且nano-Fe_2O_3并没有改变ADN的反应过程,分解产物不变。     

陶瓷—金属化共烧结技术的研究

介绍特高温92％Al_2O_3陶瓷-金属化共烧结技术,详细讨论92％Al_2O_3的组成特性、金属化配方设计和92％Al_2O_3陶瓷-金属化共烧结工艺。分析了陶瓷金属化烧结机理,建立了物理模型,并成功地应用于陶瓷器件的研制。     

Fe_2O_3/石墨烯复合物的制备及催化性能研究

以氧化石墨烯和硝酸铁为原料,采用水热法制备Fe_2O_3/石墨烯复合物。采用XRD、FTIR、RAMAN、SEM等对其结构和形貌进行表征,并通过不同升温速率的TG-DSC研究Fe_2O_3/石墨烯复合物对HMX热分解催化作用。结果表明,在氧化石墨烯被还原为石墨烯过程中,同时Fe_2O_3纳米粒子负载于石墨烯片层上;Fe_2O_3/石墨烯复合物可使HMX热分解活化能降低51.13 kJ·mol~(-1),对HMX有较好的催化作用。     

高氯酸铵催化燃烧研究

介绍了煅烧Cr_2O_3,CuO,Fe_2O_3和8-羟基喹啉铜对高氯酸铵燃烧催化作用的研究,给出了催化剂/高氯酸铵体系的燃速-压强关系,讨论了催化剂表面性质与其催化燃烧作用的关系,提出了Cr_2O_3,CuO催化高氯酸铵燃烧的电子转移机理.     

原子静电能矩阵元的计算

应用Racah代数和反对称化子技巧,求得LS耦合下组态为l_1~(N_1) l_2~(N_2)…l_f~(N_f)的原子静电能矩阵元。在矩阵元表达式中含有6j、9j符号和单电子主亲态比系数。 烧蚀蒸汽中含有各种激发态的原子或离子。在计算它们的能级时,需要求它们的静电能矩阵元。