一种多任务模式离子液体推进剂的制备、表征及催化分解研究

为获得可用于多任务模式、高密度、高比冲、宽液态温度范围、良好热稳定性的新型离子液体推进剂,以N-甲基咪唑为原料,通过烷基化反应生成离子盐,该盐与四氟硼酸钠/双三氟甲磺酰亚胺锂发生复分解反应,制得一系列咪唑基离子液体。利用核磁共振 (1H NMR、13C NMR)、高分辨质谱（HRMS）等对产物结构进行了表征。并分别利用热重分析仪、密度仪、粘度计等,研究离子液体的热稳定性、密度、粘度等性能。通过点滴着火试验,借助高速摄像机评价了硝酸羟胺和1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐复合后的推进剂点火燃烧性能。采用化学反应平衡产物软件考察了硝酸羟胺含量对推进剂能量特性的影响规律。结果表明,硝酸羟胺含量在40-60wt%之间是优选的推进剂配方。本文试验证明了50wt%硝酸羟胺与50wt%1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐复合推进剂具有良好的催化分解燃烧性能,是一种有潜力的新型多任务模式离子液体推进剂。     

应用氟离子选择电极法测定化学氧化槽液中氟的含量

引言 槽液中氟化物的分析,一般采用沉淀分离容量法。该法操作繁琐,而且需用氰化钾,毒性大,不安全。而氟离子选择电极法具有共存离子干扰少,选择性好等优点。目前已广泛应用于水、土壤、粮食、矿石和电镀槽液中氟的测定。我们应用氟离子选择电极法测定了化学氧化槽液中氟的含量,并对氟电极应用于化学氧化槽液分析的试验条件进行了初步探讨。     

离子发动机栅极系统中束流离子的三维模拟

应用网格质点法,对离子发动机栅极系统进行了三维数值模拟.模拟得到了离子发动机栅极系统中的电场分布、离子运动轨迹、离子在计算域内的空间分布和相空间分布等.计算结果表明,屏栅的离子透明度为69.3%,大于其物理透明度67.1%,加速栅的离子透明度为100%,远大于其物理透明度31.1%,说明所选模拟工况参数合理.模拟结果可以为离子发动机栅极的初步设计提供理论参考.      

不同环境温度对30cm离子推力器三栅极组件的离子刻蚀速率影响分析

为了对不同环境温度造成的30cm离子推力器三栅极组件离子刻蚀速率的影响进行分析,采用有限元仿真与试验验证相结合的方法,计算并试验验证了不同环境温度下的三栅极组件热平衡温度以及栅极间的相对位移变化,采用流体方法模拟了不同环境温度(20℃,-70℃,-120℃和-170℃)对三栅极组件的刻蚀影响,并结合短期寿命试验结果进行验证。结果显示:随着环境温度的降低,屏栅达到温度平衡的时间无变化,而加速栅温度平衡所需的时间则明显延长,20℃下的屏栅和加速栅热仿真结果与室温下推力器热平衡试验结果比对误差分别为7%和5%;其次环境温度的降低,会导致屏栅与加速栅的中心间距和边缘间距均缩小,而加速栅和减速栅的边缘间距却逐渐拉大,仿真结果与栅极热间距摄像测量结果符合性较好;根据三栅极组件的栅孔径扩大率随环境温度变化的计算结果来看,加速栅中心和减速栅边缘是离子刻蚀的主要位置,轰击至加速栅中心区域的离子数速率约是边缘的3倍,而轰击至减速栅边缘区域的离子数速率是中心的2.5倍,且环境温度的降低对加速栅中心区域离子刻蚀的影响更为强烈;经2100h的寿命试验验证,仿真结果与试验结果基本符合,误差经分析认为主要来自于流体方法的参数设置过程以及栅孔壁面均匀刻蚀的计算假设。     

氟醚橡胶与氟硅橡胶相容性研究

通过硫化仪、动态机械热分析仪和示差扫描量热仪,考察了氟醚橡胶与氟硅橡胶的共混相容性.试验结果表明:较之对氟醚橡胶,助硫化剂TAIC的存在对氟硅橡胶的硫化有更明显的影响,导致在共硫化过程中发生由氟醚橡胶相向氟硅橡胶相的迁移;无论采用生胶共混还是采用混炼胶共混,氟醚橡胶与氟硅橡胶均不能实现很好的硫化和物理相容性.     

一种多任务模式离子液体推进剂的制备、表征及催化分解研究

为获得可用于多任务模式、高密度、高比冲、宽液态温度范围、良好热稳定性的新型离子液体推进剂,以N-甲基咪唑为原料,通过烷基化反应生成离子盐,该盐与四氟硼酸钠/双三氟甲磺酰亚胺锂发生复分解反应,制得一系列咪唑基离子液体。利用核磁共振(~1H NMR,~(13)C NMR)、高分辨质谱(HRMS)等对产物结构进行了表征。并分别利用热重分析仪、密度仪、粘度计等,研究离子液体的热稳定性、密度、粘度等性能。通过点滴着火试验,借助高速摄像机评价了硝酸羟胺和1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐复合后的推进剂点火燃烧性能。采用化学反应平衡产物软件考察了硝酸羟胺含量对推进剂能量特性的影响规律。结果表明,硝酸羟胺含量在40wt%～60wt%是优选的推进剂配方。试验证明了50wt%硝酸羟胺与50wt%1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐复合推进剂具有良好的催化分解燃烧性能,是一种有潜力的新型多任务模式离子液体推进剂。     

离子发动机栅极系统电子回流数值模拟

以离子发动机栅极系统为研究对象,基于网格质点法(PIC),建立了二维数值计算模型.利用模型能够较好地模拟离子在栅极系统中的运动,得到栅极系统周围的电势分布以及离子和电子的密度分布等.进一步的计算结果表明,在几何参数一定的条件下,加速栅极电压以及加速栅极孔径对加速栅极下游的电子密度分布有重要的影响.选取合适的加速栅极电压和孔半径,可以阻止电子回流的产生,使离子发动机获得较佳的性能.      

丁腈橡胶密封圈液压油中的老化机理

通过模拟实际工作状况对丁腈橡胶密封圈进行了热油加速老化试验,研究了密封圈压缩永久变 形的变化规律,采用红外光谱、热失重、示差扫描量热、扫描电子显微镜等,考察了丁腈橡胶密封圈在液压油中 化学结构、热性能、断口形貌的变化情况。试验结果表明,随着老化试验的进行,密封圈压缩性能逐渐下降,热 分解温度与玻璃化转变温度均有所提高,分析在应力作用下密封圈的分子链段发生取向,约束了分子链的各种 松弛行为,是老化过程密封圈压缩性能下降,热性能提高的主要因素。另外老化后橡胶断口形貌趋于光滑且出 现孔洞,红外光谱显示添加成分含量降低,密封圈与液压油之间存在物质交换,物质交换也是造成密封圈压缩 性能下降的另一个因素。     

电荷交换离子对栅极系统束流影响的数值研究

采用二维网格质点法(PIC)计算离子在离子发动机栅极系统中的运动, 通过在模型中添加离子和中性粒子电荷交换的Monte Carlo碰撞模块, 得到了电荷交换离子在栅极周围的分布及电荷交换离子的运动规律.计算结果表明:考虑电荷交换离子后, 屏栅极电流较不考虑电荷交换离子情况时增大了1.42%, 所受影响不大, 加速栅极电流由0增大到主束流电流的1.41%.模拟结果表明:加速栅极下游较远处产生的电荷交换离子, 是造成加速栅极下游面腐蚀及加速栅极电流的主要原因.      

离子聚合物胶体的电化学-力学耦合模型及数值方法

离子聚合物胶体中充满着液体,并能吸附电荷,在外部化学场或电场的激励下,能产生巨大的膨胀.由于这些特性,离子聚合物可以作为电化学 - 力学驱动器.本文采用电化学 - 力学多场耦合数学模型,并应用有限元法进行了数值计算.计算结果表明该模型能很好地模拟离子聚合物在电场作用下的离子重分布和胶体的膨胀与收缩行为,同时能计算胶体中离子浓度.     

浮油密度受温度影响的分子动力学模拟

浮油是液浮陀螺仪的重要组成部分,陀螺仪工作环境温度分布不均引起浮油密度局部变化,导致产生干扰力矩。有限元方法能够实现液浮陀螺仪温度场的仿真以及干扰力矩的分析,但是缺乏对浮油物化性质及变化的研究。通过分子动力学模拟的方法,建立并优化了氟醚油的分子链以及密度计算模型,得到了分子量和温度对密度的影响。结果表明,氟醚油密度随分子量增大而增大,且模拟数值与实测密度相符。温度升高,氟醚油密度下降,密度与温度之间呈线性相关,且分子量越低密度下降越快。拟合校正后所得到的温密方程实现了浮油性质的定量分析,为有限元仿真和液浮陀螺仪的设计提供了基础参数。     

Na_3AlF_6对微米铝粉在CO_2气氛中着火燃烧特性的影响

为了改善铝粉在二氧化碳气氛中的着火特性和燃烧效率,采用自行设计的管式炉研究了六氟铝酸钠对铝/二氧化碳着火燃烧特性的影响。采用高速摄影系统记录了样品着火燃烧现象,同时收集反应后的产物通过X射线衍射和扫描电镜技术、化学分析方法对其成分、产物形貌和燃烧效率进行了分析。研究结果表明,六氟铝酸钠能够显著降低铝粉的点火延迟时间,与未添加六氟铝酸钠的样品相比,加入六氟铝酸钠后,样品的点火延迟时间降低了18s左右;六氟铝酸钠的加入还能抑制燃烧产物凝聚并提高铝粉的燃烧效率,随六氟铝酸钠添加量增加,燃烧效率呈现先增加后降低的趋势,添加了六氟铝酸钠的样品的最高燃烧效率为71.82%,与未添加六氟铝酸钠的样品相比提升了21.1%。     

电子回旋共振离子推力器栅极光学系统的PIC/MCC模拟

为了寻求日益昂贵的电推力器工质氙气的替代品,探讨氩气作为电子回旋共振离子推力器工质的适用性,采用混合PIC方法模拟了氩等离子体在栅极光学系统中输运过程,分析了氩离子束流的聚焦效果、氩等离子体的空间分布和流动特性。结果表明:氩离子束流在已有栅极系统中具有良好的聚焦效果;束流中CEX离子仅占离子总数的万分之一,影响较小;氩气作为工质时,离子喷射速度为75km/s,加速栅极后回流速度为38km/s,与电动力学理论预估值一致。     

耐高低温硅橡胶的研究

通过热空气老化试验研究了金属氧化物对提高甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)、甲基苯基乙烯基硅橡胶(PVMQ)、三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶(FVMQ)耐热性的作用;通过压缩耐寒系数试验和动态机械热分析(DMTA)研究了甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)、甲基苯基乙烯基硅橡胶(PVMQ)和三氟丙基甲基乙烯基硅橡胶(FVMQ)的低温性能.试验结果表明:Fe2O3,Fe2O3/SnO2,SnO2,CeO2等金属氧化物可以显著提高硅橡胶的耐热性.光电子能谱(XPS)分析结果说明SnO2在热空气老化过程中从Sn 4被还原到Sn0,发生了多个电子转移的氧化还原反应,从而阻止了硅橡胶的热氧化自由基链增长,提高了硅橡胶的耐热空气老化性能;DMTA分析结果表明苯基硅橡胶和共聚氟硅橡胶具有非常优异的低温性能.     

三栅极离子推力器电子反流失效影响参数的敏感性研究（空间推进专刊）

针对电子反流失效模式主导的三栅极离子推力器加速寿命试验加速应力选择及长寿命优化,需要开展影响参数的敏感性对比研究,采用Hybrid-PIC-MCC（Particle in Cell- Monte Carlo Collision）方法,构建了三栅极系统数值仿真模型。采用模型研究了地面真空舱本底压力、屏栅电压、加速栅电压、屏栅与加速栅间距、屏栅上游等离子体密度和放电室工质利用率等参数的影响敏感度对比。研究结果显示真空舱本底压力可以作为加速寿命试验的首选加速应力,在推力器结构和工作本征参数中工质利用率为最敏感应力,其次是屏栅电压、屏栅上游等离子体密度、加速栅电压、屏栅和加速栅间距。研究结果为三栅极离子推力器地面加速寿命试验验证方案设计和长寿命优化设计提供了数据支持。     

羧基亚硝基氟橡胶的性能及应用

全面介绍了羧基亚硝基氟橡胶7113硫化胶的力学性能、耐高低温性能、耐四氧化二氮(N2O4)介质性能、耐老化性能及其密封件的应用试验结果和贮存寿命,并将其与羧基亚硝基氟橡胶7104和氟醚橡胶7110硫化胶的性能进行了比较分析.7113硫化胶具有优异的耐N2O4介质性能和良好的耐高低温性能,其耐介质、耐老化和成型工艺性能均在7104基础上有所提高.7113密封件通过了-40℃、常温和250℃的密封模拟实验、N2O4介质浸泡6个月密封模拟试验和加速老化试验等考核,可以作为耐N2O4介质的密封材料使用.     

火星探测器气动热环境和气动力特性的数值模拟研究

针对探测器进入火星大气过程中的高温气体非平衡效应及其气动热环境和气动力特性的精确预测问题,考虑火星大气高温混合气体的化学反应、束缚电子能激发效应、分子振动能激发效应和非平衡效应,以及不同表面催化特性和表面温度条件的影响,建立了数值模拟热化学非平衡流场的计算方法,并通过与平头圆柱试验模型和MESUR火星探测器的试验与计算数据对比分析,验证了计算方法的可行性与有效性,然后对典型火星探测器的气动热环境和气动力特性进行了数值模拟分析。研究结果表明:1)对于本文的计算状态情况,火星探测器流场中化学非平衡效应非常严重,存在一定的热力学非平衡效应;2)热力学模型、化学反应模型和表面催化特性对气动热计算有着重要影响;3)气体模型对气动力特性的预测影响较大,表面温度条件和表面催化特性对气动力系数的计算影响较小。     

管壳式燃滑油散热器换热特性

管壳式燃滑油散热器换热特性直接影响航空发动机滑油系统的散热冷却能力,对滑油系统的热平衡建立至关重要。为了更准确地进行滑油系统热分析计算,优化滑油系统设计,必须掌握更为精确的燃滑油散热器换热特性的计算方法。在对散热器壳程的复杂流动进行分析的基础上,分别采用Kern法、Bell-Delaware法和分段模拟法计算换热特性,并通过试验结果验证计算准确度,经对比表明,将壳程换热按流动特性进行分段模拟计算的方法具有更高的准确度,满足滑油系统设计需要。     

管壳式燃滑油散热器换热特性计算方法及试验验证

管壳式燃滑油散热器换热特性直接影响航空发动机滑油系统的散热冷却能力,对滑油系统的热平衡建立至关重要.为了更准确地进行滑油系统热分析计算,优化滑油系统设计,必须掌握更为精确的燃滑油散热器换热特性的计算方法.在对散热器壳程的复杂流动进行分析的基础上,分别采用Kern法、Bell-Delaware法和分段模拟法计算换热特性,并通过试验结果验证计算准确度,经对比表明,将壳程换热按流动特性进行分段模拟计算的方法具有更高的准确度,满足滑油系统设计需要.     

30cm离子推力器在轨环境下的工作点及热控措施研究

栅极间距变化是影响离子推力器在轨环境下从冷态条件正常点火启动的重要因素,同时也决定了离子推力器的在轨工作时机和热控实施策略。本文采用有限元仿真与地面热平衡试验验证相结合的方法,建立起30cm离子推力器有限元分析模型并进行了模型校验,之后对离子推力器在轨受太阳光照影响的栅极温度场分布和间距变化,以及推力器在5kW工况下的三个典型温度点所对应的栅极间距变化进行了仿真分析,最后考虑了主动热控干预对推力器最恶劣工作点的栅极间距变化影响。结果显示：纯太阳光照影响下的栅极组件存在周期性温度变化,栅极最大温差可达到100℃,栅间距缩小量在0.06mm~0.16mm范围内波动;在太阳光照基础上实施60W的主动热控后,栅极最大温差降低至60℃,栅间距缩小量波动范围则变为0~0.03mm;栅极最高温度点和最低温度点分别是推力器冷态启动最容易和最困难的两个工作时机点,两点所对应的启动后屏栅和加速栅最小间距分别为0.22mm和0.04mm;在10W、70W和120W的热控加热功率下,从最低温度点启动后的屏栅和加速栅最小间距分别为0.06mm、0.20mm和0.29mm;采取主动热控措施能够有效降低推力器工作过程中的栅极热形变位移峰值,且加热功率为120W即温控点温度为50℃的主动热控可以满足30cm离子推力器在轨冷态启动时的0.25mm安全栅极间距要求。