典型低温推进剂的热力学性能参数评估

摘要：

近年来,低温推进剂在火箭推进领域得到了广泛应用,针对液氧、液氢以及液甲烷等低温推进剂的研究也得到了深入开展.然而,有关低温推进剂热力学性能的研究虽有开展,但各种推进剂性能的特点和差异缺乏研究,对低温推进剂的热力学性能缺乏综合性分析研究和系统认识.统计了 1960年以来火箭推进剂的使用以及按照火箭级应用分布情况,对低温推进剂在火箭推进领域的应用与发展进行系统性综述.从低温推进剂的基础热物理性质出发,面向航天推进应用,对不同低温推进剂的动力特性、传输特性、贮存特性以及致密化特性4个方面进行综合评估.结果表明:液氢推力特性最好,氢氧发动机理论比冲可达457 s.相同管路和工况条件下,液氢流动阻力最小,液氧流动温升最小,液甲烷流动阻力和温升特性表现居中.以管长为10 m、管内径为0.1 m的加注管路为例,液氢流动压降小于5 kPa,液氧流动温升小于0.5 K.在地面停放过程中液氧和液甲烷温升小,贮箱增压慢,同时液甲烷热分层现象较弱.对于高5 m、直径3 m的圆柱形贮箱来说,当外界热流密度为50 W/m2时,液氢温升可达4.83 K,液氧仅为1.93 K;液氧贮存周期可达36.5 h,液氢仅为5.5 h.而液甲烷发生热分层所需的临界热流最大,为14 W/m2,相对而言液甲烷贮存性能最佳.采用过冷致密化技术能够改变推进剂应用性能,对其动力、传输和贮存特性会产生显著影响,当贮箱体积维持不变,采用深度过冷技术(液氢和液甲烷达三相点温度)可使液氢/液氧、液甲烷/液氧燃料的相对载荷能力分别提升8.66％和6.89％;液氧、液甲烷和液氢的无气化贮存周期分别延长达322.82％、354.67％和285.45％,但黏度增加会使得流动阻力增加41.36％、15.42％和18.64％.总体看来,对推进剂过冷致密化处理后,其动力特性和贮存特性明显提升,传输特性有所降低.

关键词：低温推进剂、流动阻力、贮存特性、致密化

所属期刊栏目：49

分类号：V511+.6(航天用燃料（推进剂）及润滑剂)

资助基金：国家重点实验室开放基金SKLTSCP1914

在线出版日期：2023-03-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：44-53