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。     

高能液体推进剂研究现状和应用前景

高能液体推进剂的发展有四个方面：金属化凝胶推进剂、高密度吸热型碳氢燃料推进剂、纳米材料液体推进剂、添加含能材料的液体推进剂。本文围绕高能液体推进剂的发展方向,综合论述了国内外的研究现状和应用前景分析,并提出了我国技术发展的初步思路。     

主动式活塞凝胶流量标准装置的建立

凝胶推进剂是一种非牛顿粘弹性流体,具有粘度高、压力触变性等特点,在发动机实际试车中采用了科氏力质量流量计对凝胶推进剂在实际管路中的流量进行测量。西安航天计量测试研究所结合凝胶推进剂本身的压力触变特性,对凝胶流量计的校准进行了深入地研究。基于主动式活塞液体流量标准装置的结构,通过增设加压/泄压装置,加装在线密度计,设计了一套针对火箭发动机凝胶流量计的标准装置。该装置可以充分模拟凝胶流量计的实际使用工况,实现凝胶流量计的实流模拟校准,进而提高了瞬态流量的测量准确度。本套凝胶流量标准装置具有流量稳定、重复性好及测量范围大等特点,其质量流量测量范围为19.44~3 611 g/s,完全满足我国航天发动机在实际热试车和高空模拟试车中对凝胶推进剂质量流量测量的要求。     

有机凝胶燃料液滴燃烧过程相分离现象

要掌握凝胶推进剂在燃烧室内燃烧特性,必须首先认识清楚单个凝胶推进剂液滴的燃烧机理。为了揭示凝胶燃料液滴特殊的燃烧机制,在考虑相分离阶段液滴内部温度和浓度梯度变化的基础上,完善并发展了一种新的数学模型来描述凝胶燃料液滴的相分离过程,并且用之研究了凝胶燃料单液滴蒸发/燃烧过程中的相分离特性。研究结果表明:相分离阶段,液滴的半径按d2定律收缩,与实验结果吻合;液滴点火后,火焰由初始位置向液滴外围扩展,火焰温度不断上升,并且逐渐趋于稳定;相分离前期,在液滴内部,特别是表面附近的区域,质量的输运较热量输运容易,而相分离后期则呈现相反趋势,这就导致在相应的区域相分离前期比后期有更大的温度梯度,而相分离后期比前期有更大燃料浓度梯度。     

基于壁面滑移修正的凝胶推进剂流变本构方程

为了调研壁面滑移现象对凝胶推进剂管道流动的影响,对凝胶推进剂及3种模拟液在直圆管中的流动进行了研究。对直圆管流动实验采集的流动数据进行壁面滑移修正,得到了壁面滑移速度公式。构建了考虑壁面滑移修正的幂律本构方程,计算出考虑滑移速度的沿程阻力系数和广义雷诺数及二者的关系。采用PIV实验并结合数值仿真,得到管道输送过程中的真实内流场速度分布以及壁面有滑移和无滑移的速度剖面图。研究表明:经过壁面滑移修正可见推进剂及模拟液幂律本构方程是唯一的;通过沿程阻力系数的计算和管道内流场PIV实验两方面验证了所用修正方法和所建流变本构方程的正确性和适用性。      

RP-1煤油凝胶的制备与性能表征

为了研究凝胶燃料的流变机理和配方设计的基础理论,根据凝胶特殊的固-液形态,寻找凝胶化航空煤油RP-1需要的无机和有机凝胶剂,对其成胶机理、流变表征和稳定性进行研究,通过Brookfield流变仪测量流变参数,并构建出无机和有机煤油凝胶的HBE本构方程。结果表明:采用高速剪切分散比三辊研磨分散制备的无机煤油凝胶质量好;加入无水乙醇有利于凝胶剂A对煤油的凝胶化;无机煤油凝胶的物理稳定性受凝胶剂含量影响显著,实际应用选择6%和7%无机凝胶;所制备的煤油凝胶比典型的剪切变稀流体(0n1)的稀化能力更强;无机和有机煤油凝胶的复凝性很弱且不受凝胶剂含量的影响。     

酚醛浸渍碳烧蚀体(PICA)的制备、结构及性能

采用热塑性酚醛树脂溶液浸渍碳毡,经过溶胶-凝胶反应和常压干燥后,制备出一系列不同密度的酚醛浸渍烧蚀体(PICA)(0.27~0.47 g/cm3)材料,并系统研究了不同密度的PICA碳化前后微观形貌、力学性能及隔热性能的变化规律。结果表明:PICA具有典型的碳纤维增强酚醛气凝胶复合结构。不同密度的PICA均具有优异的力学性能和隔热性能,且弯曲强度为2.2~16.5 MPa,热导率为56~62 m W/(m·K)。在密度为0.40 g/cm3时,PICA弯曲强度最大,热导率最低。进一步通过1 000℃高温处理之后,相应的C-PICA材料仍然表现出轻质、高强、低热导率的特征。     

气凝胶中遮光剂的辐射特性计算及优化设计

以TiO2 微米颗粒为例,计算了不同形状遮光剂颗粒的光学特性,表征形状、尺寸对颗粒光学特性
的影响,并考虑实际遮光剂颗粒的粒径分布,计算了不同形状颗粒的平均光学特性。为满足工程需要,针对球
形遮光剂,给出了粒径服从对数正态分布律时使材料高温下辐射热导率最小的遮光剂参数优化设计,由此可使
1 300 K 下遮光气凝胶的辐射热导率降低至纯气凝胶的1/10 左右。     

SiO2气凝胶制备及疏水改性研究

采用六甲基二硅氮烷(HMDZ)和六甲基二硅氧烷(HMDSO)为表面改性剂,对正硅酸乙酯(TEOS)经溶胶-凝胶过程制备的凝胶进行表面改性,大幅度简化了洗涤过程,常压干燥制备了疏水SiO2气凝胶,并研究了表面改性剂对SiO2气凝胶结构和性能的影响.结果表明,所制备的疏水SiO2气凝胶有良好的疏水性能,吸附水量低于3%,与水的接触角大于130°;疏水SiO2气凝胶的密度、比表面积和孔隙率分别为150～225 kg/m3、750～900 m2/g和88%～93%,其颗粒尺寸为1～100 nm.