CN103282635B - 一种制造火箭推进剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述了配制的推进剂及其形成方法，其包括包含组合至少两种烃流体的制造火箭推进剂的方法。

Description

一种制造火箭推进剂的方法
技术领域
本发明公开一般性涉及推进剂制剂。具体而言，本发明公开涉及烃类流的组合以制造具有特定特征的火箭推进剂。
背景技术
目前，火箭推进剂结合液态氧在很大比例的运载火箭和火箭中被用作推进剂系统。但是，供应是有限的，导致很少有机会来优化燃料制剂。此外，有限的供应导致一旦发生供应短缺/故障，在供应上没有或几乎没有剩余。
因此，存在开发替代推进剂制剂的需求。
发明内容
在本发明公开的某些实施方案中，公开了制造包含至少两种烃流体组合的火箭推进剂的方法。
附图说明
图1说明了常规制造的RP-1推进剂的蒸馏曲线。
图2说明了共混原料的蒸馏曲线。
图3说明了配制的推进剂的蒸馏曲线数据。
图4说明了配制的推进剂的密度数据。
图5说明了共混原料的蒸馏曲线数据。
图6说明了配制的推进剂的蒸馏曲线。
图7说明了配制的推进剂的密度数据。
图8说明了配制的推进剂的重量减轻。
图9说明了配制的推进剂的氢含量。
图10说明了配制的推进剂的净燃烧热。
图11说明了配制的推进剂的蒸馏曲线数据。
图12说明了配制的推进剂和常规制造的RP-1推进剂的蒸馏曲线。
具体实施方式
引言和定义
现在将提供详细的描述。在所附权利要求中的每一项限定了一个单独的发明，为侵权目的它们均被认为包括权利要求中指定的各种要素或限制的等效物。下面的公开包括具体的实施方案、变化方案和实施例，但是本公开并不限于这些实施方案、变化方案或实施例，所包含的实施方案、变化方案或实施例使得当本公开中的信息与可用的信息和技术相结合时，本领域的普通技术人员能够制造和使用所公开的方法和物质的组成。
本文所用的各种术语如下所示。如果在权利要求中所用术语没有在下文定义，则应该给予在印刷出版物和授予专利在申请时反映出的相关领域的技术人员给予该术语的最宽泛的定义。此外，除非另有规定，本文所描述的所有的化合物可是取代的或未取代的，且所列的化合物包括它们的衍生物。
此外，不同范围和/或数值限制可明确陈述如下。应认识到，任何范围包括相似量级的迭代范围均落入明确规定的范围或限制中。
本发明的实施方案涉及配制的推进剂。那些飞行器中很大比例是运载火箭和火箭，而其它飞行器包括超音速航天飞机，例如由冲压喷气式发动机(ramjets)或超音速燃烧冲压式喷气发动机(scramjets)提供动力的那些。冲压发动机一般是利用喷气向前运动来压缩进入的空气的喷气式发动机，其通常在零空速时不能产生推力因此不能从静止移动喷气式飞机。超音速冲压发动机是冲压发动机的变化方案，其中在超音速气流中发生燃烧过程。
火箭通过向其后面高速喷出物质产生推力。化学火箭通过使推进剂和氧化剂(如液态氧)在燃烧室中反应产生高速气体流以产生推力。当前这些飞行器的有效载荷在很大程度上受限于推进剂的密度和能量含量。
火箭推进剂的比冲量(Isp)是与进入燃烧室的推进剂的质量流速产 生的推力相关的参数。其比例与室温度的平方根成正比并与室内容物分子量的平方根成反比。因此，比冲量随室温度的上升(其导致更高的室压)以及燃烧产物分子量的下降(相比于较重质的产物其获得更高的排气速度)而提高。比冲量本质上是一个动量项。提高在给定的时间燃烧的燃料的质量或排出气体的速度通常对比冲量有有益的影响。由于对于给定重量的燃料燃烧产生更大的推力，因此期望更高的比冲量。相比于其它的可能，其结果是可将更大的载荷提升到轨道中或可达到更高的轨道。
许多当前推进剂的使用者使用符合“RP-1”标准的推进剂(以下称作“RP-1”推进剂)。其它对硫含量更敏感的使用者需要使用符合RP-2标准的推进剂。RP-1和RP-2推进剂的某些相关的化学和物理性质标准示出在下面的表1中。
表1
性质 RP-1限定 RP-2限定 ASTM方法
燃料蒸发10％(°F) 365-410 365-410
终点(°F) 最高525 最高525 D-86
比重(60°F) 0.799-0.815 D-1298
硫(ppm) 最高30 最高0.1 D-5623
硫醇硫(ppm) 最高3 不要求 D-3227
冰点(°F) 最高-60(-51℃) 最高-60(-51℃) D-2386
净燃烧热(BTU/磅) 最低18500 最低18500 D-240
芳烃(vol％) 最大5 最大5 D-1319
烯烃(vol％) 最大2 最大2 D-1319
氢含量(wt％) 最低13.8 最低13.8 D-3343
闪点(°F) 最低140(60℃) 最低140(60℃) D-93
＊如2006年4月14日由美国国防部所报道的标准MIL-DTL-25576E
常规地，RP-1推进剂是类似于喷气机燃料的高度精炼的煤油。煤油通常从石油在140℃至250℃之间的分馏馏分获得，得到碳链长度10至25个碳原子的分子的共混物。例如，RP-1推进剂可具有约175的平均分 子量，约0.82g/ml的密度和350°F(176℃)至525°F(273℃)的沸程。理论上，几乎所有的石油原油利用足够的加工都可以生产一些RP-1推进剂，然而在实践中，由于精炼较低质量的原油所涉及的成本和难度，燃料通常是来源于少数的高质量基本原料。
不同于常规的制造RP-1推进剂的方法，本发明的推进剂通过共混一种或多种烃流体以形成配制的推进剂来配制。
如本文所用，术语“烃流体”在一般意义上用来描述广泛的材料用在同样广泛的应用中。通常用于本文所述配制的推进剂的烃流体可通过若干步骤生产。例如，烃流体可由如下方法生产，即重度加氢处理、深度加氢处理或加氢裂化以去除硫或其它杂原子，或者聚合或低聚方法，在这类方法之后是蒸馏以将它们分离成窄沸程。在某些情况中，可以有另外的步骤，如化学或物理分离以将流浓缩成异链烷烃或链烷烃。此外，来自低聚反应的异链烷烃可构成烃流体。
某些烃流体描述在美国专利第7,311,814号和美国专利第7,056,869号中，其通过引用并入本文。与燃料不同，烃流体倾向于具有窄的沸点范围，例如小于500°F(260℃)、或300°F(148℃)或100°F(37℃)。这种窄级分提供更窄的闪点范围并提供更严格的粘度，改善的粘度稳定性和明确的蒸发标准，例如如蒸馏曲线所示出的。
在某些实施方案中，可以通过加氢裂化减压瓦斯油馏出物，然后通过分馏和/或氢化经加氢裂化的减压瓦斯油来生产烃流体。这类流体可具有212°F(100℃)至752°F(400℃)的ASTM D86沸点范围，其中各个烃流体可具有本文所述的窄沸程。流体还可含有例如至少40wt％、或60wt％或70wt％的环烷烃含量。流体还可含有例如小于2wt％、或1.5wt％或1.0wt％的芳烃含量。流体还可具有例如低于212°F(100℃)、或205°F(96℃)或200°F(93℃)的苯胺点。
在某些实施方案中，烃流体具有低的硫浓度，例如小于30ppm、或小于15ppm或小于3ppm，例如低于1.0vol％，或0.5vol％或0.01vol％的芳烃含量，相对高的净燃烧热、和窄馏程。此外，取决于如何处理和生产烃流体，烃流体的特征还可在于主要是链烷烃、异链烷烃或环烷烃(例如，大于40wt％、或50wt％或60wt％或80％)。虽然这种特性可有助于在共混中达到非常低的密度和/或高净燃烧热，但是这种特性不是推进剂制剂的必要条件。
表征各种烃流体的一些说明性的、非限制性的化学和物理性质范围示出于下面的表2中。
表2
烃流体可来自可产生满足最终用途要求的材料的任何合适的起始材料。应指出起始材料不需要落入最终产物的沸程，如上述的瓦斯油的情况中。因而，用于生产烃流体的起始材料可以是瓦斯油或其它高分子量材料(被进一步加氢裂化来降低分子量的材料或深度加氢处理来减少硫含量，材料通常按馏分分级，例如煤油、直馏柴油、超低硫柴油、焦化柴油(通过充分加氢处理)或来自FCC装置的轻循环油。起始材料可以是来自气体液化工艺或生物质转化工艺的煤油或瓦斯油。在足够的加氢处理以除去氧之后，在某些实施方案中，使用生物柴油和生物航空燃料作为起始材料。通常，生物柴油和生物航空燃料被加氢处理以除去氧气。在某些实施方案中，甘油三酸酯(在加工后产生C12至C18范围的碳链)被用作起始原料。生物柴油和生物航空燃料可以是植物或者动物来源的。此外，起始材料可以是烯烃来产生烃流体，烯烃被聚合或低聚。在一个或更多个实施方案中，起始材料可包括例如丙烯、丁烯或它们的组合。烯烃可从常规的来 源如石脑油裂化来生产。或者，在本公开的某些实施方案中，烯烃从低碳数的醇脱水生产。低碳数的醇可通过各种生物质发酵工艺产生。在某些实施方案中，烃流体可包括瓦斯油、煤油、直馏柴油、超低硫柴油、焦化柴油、轻循环油、加氢脱蜡瓦斯油或煤油级分、乙烯、丙烯、丁烯或它们的组合。
在一个或更多个实施方案中，烃流体通常是选自C9-C18或更窄的蒸馏级分的组分。具体、非限定性的表征烃流体的蒸馏级分(所述蒸馏级分可共混以形成配制的推进剂)的实例包括来自TOTAL FLUIDES，S.A.市售的(例如D-40，其密度为约0.790g/mL，沸程为356°F-419°F(180-215℃)，闪点107.6°F(42℃)和D-60，其密度为约0.770g/mL，沸程为311°F-392°F(155-200℃)，闪点145°F(62℃))，(例如D-70，其密度为0.817g/mL，沸程为381°F-462°F(193-238℃)，闪点为160°F(71℃)和D-80，其密度为约0.817g/mL时，沸程为397°F-465°F(202-240℃)，闪点为170.6°F(77℃))，(例如G232H)和流体，以及来自ExxonMobil ChemicalCorp.的市售的ISOPARTM流体，和来自Idemitsu Corp.的市售的IP 2835。
用本公开中提供的信息和方法，通过共混烃流体可能配制具有特定特性的推进剂。在一个或更多个实施方案中，配制的推进剂包括两种或更多种烃流体。例如，在一些实施方案中，配制的推进剂包括两种烃流体。在其它实施方案中，配制的推进剂包括三种烃流体。在又一些实施方案中，配制的推进剂包括四种烃流体。根据各个烃流体各自对最终火箭燃料共混物的性能有何贡献而选择用于配制进推进剂中的各个烃流体。
在一个或更多个实施方案中，配制的推进剂被配制为表现出特定的蒸馏曲线或特定蒸馏曲线的一些方面。例如，在某些实施方案中，配制的推进剂可被设计为具有表1中指定的蒸发燃料限定内的前端，和位于或低于表1中指定的终点温度的终点。在该实例中，可共混数种烃流体以生产对于“蒸发燃料”和“终点”符合RP-1标准的配制的推进剂。
对于待共混的各个烃流体不需要每种都具有标准预期内的特定的流体性质，如终点或蒸发燃料。即，配制的推进剂可从广谱的烃流体配制，所述烃流体在所需的标准内且其自身不符合所需的标准。此外，已知的喷气燃料制剂可与烃流体合并。通过使用该组合，可实现更广泛的调整的性质分布。例如，特定、非限制性的配制的推进剂可形成具有高于所需标准终点的第一烃流体，同时第二烃流体可具有所需标准之下的终点，以获得 具有落入所需标准之内的终点的共混物。此外，通过选择各个烃流体，能够在可接受的阈值内复制所需的蒸馏曲线。
虽然在某些情况下，可以使用单一的烃流体作为推进剂，如落入或重叠在特定推进剂标准如RP-1的蒸馏范围内的一种烃流体，两种或更多种流体的组合在可能完全匹配所需蒸馏曲线的接近程度上获得更大的灵活性。例如，当匹配RP-1推进剂蒸馏曲线标准内的两个点时(例如10％和终点)，它可能不必满足整个RP-1推进剂曲线在标准在内。然而，例如通过组合两种或更多种烃流体，可能获得更接近的匹配所需的蒸馏曲线，从而提高了性能或标准化性能的推进剂。
除了共混烃流体以达到蒸馏曲线上确定的点，如燃料蒸发10％和终点，可共混烃流体以实现许多其它的特征。例如，可共混烃流体以实现具有一定低温流动性如倾点、浊点、冰点和粘度的配制的推进剂。在其它实施方案中，可共混烃流体以实现某些推进剂的性能特性，如密度、氢含量、净燃烧热。
作为一个实例，在一些实施方案中，可在制剂中使用具有低于140°F(60℃)的RP-1推进剂标准闪点的烃流体，但只在不会使最终共混物的闪点降至标准以下的量使用。同样，具有高于-60°F(-51℃)最大标准的流体冰点(如那些具有少量芳烃的)可被包括在共混物中，只要最终冰点低于RP-1推进剂标准值即可。
使用其中已减少/去除芳烃的烃流体对推进剂产生另一个优势。在某些实施方案中，烃流体组分中减少的芳烃的量导致了用作共混原料的烃流体组分较高的净燃烧热。在某些实施方案中，这些高净燃烧热烃流体的组合得到超过RP-1推进剂最低标准18500BTU/磅的产物。在本公开的某些实施方案中，通过ASTM D-240测量的净燃烧热为18500BTU/磅至19000BTU/磅。在本公开另外的实施方案中，按ASTM D-240测量的净燃烧热是18700BTU/磅至18900BTU/磅。此外，使用其中已除去或减少芳烃的烃流体还可增加配制的推进剂中烃的含量。
此外，由于异链烷烃共混原料的净燃烧热大于表征为相同碳数的芳烃或环烷烃，异链烷烃共混原料在包含在共混物中时可有助于提高净燃烧热。普通的链烷烃共混原料也可提高净燃烧热。
不同的共混原料可具有不同的燃烧速率。通常，火箭发动机的设计者优选特定的燃烧范围或燃烧率，以确保火焰前缘以所需的速率通过火箭发 动机传播。燃烧速率太快可导致在发动机内所需的点之前燃烧完成。燃烧速率太慢可导致相反的问题。通常，正链烷烃(normal parrafins)具有非常高的燃烧速率。异链烷烃(isoparrafins)通常具有较低的燃烧速率。在本公开的某些实施方案中，控制共混原料的异链烷烃/链烷烃的比例，以实现配制的推进剂最优化的燃烧速率。
密度是推进剂的重要参数，因为它决定了必须由飞行器提升的燃料的重量。在所需蒸馏曲线的框架内，可选择烃流体以改变最终共混物的密度。例如，基于环烷烃的流体往往会提高最终密度，而异构烷烃流体往往会降低最终产品的密度。可使用含有显著量的环烷烃并且相对于RP-1标准在蒸馏曲线高端的材料，如来提高共混产品的密度。在本公开的某些实施方案中，根据D-1298测量的在15℃的密度为0.77至0.82、0.799至0.815、0.81至0.8135、和0.77至0.80。
因此，一个或更多个实施方案中使用异链烷烃的烃流体作为两种或更多种烃流体的至少一种。在一个或更多个实施方案中，推进剂可包括例如密度大于0.8g/ml的第一烃流体和密度小于0.8g/ml的第二烃流体。配制的推进剂可具有例如比RP-1推进剂少约5％、或7％或9％的重量。
推进剂中的氢含量对推进剂的性能有显著影响。通常，氢含量越高，推进剂的Isp越高。在某些实施方案中，为保持排气的分子量低，火箭发动机稍微富燃料运行以产生CO而不是CO2作为燃烧产物。随着氢含量的增加，燃烧推进剂所需要的氧化剂的量(混合物比)也可能增加，因为对于一个给定碳数的化合物存在更多的原子。特别地，燃料氢/碳比的增加导致化学计量的氧/燃料比增加。因而，更多摩尔的气体作为燃烧产物由排气喷管排出。当那些额外摩尔的气体是水时，排出气体的平均分子量下降。此外，显著量的OH和氢原子的分子碎片形成，并从燃烧室排出。这些部分也可随氢/碳比的增加而增加，并进一步降低排出气体的平均分子量。
在本公开的某些实施方案中，通过增加烃流体共混原料分子的氢/碳原子比来控制配制的推进剂氢的含量。例如，减少环和分枝以及增加烃分子的氢饱和程度提高了氢/碳原子比，从而增加了推进剂的氢含量。除去或减少烃流体共混原料中的芳烃可导致氢含量的显著增加。按照ASTMD-3343测量的，本公开的火箭推进剂在某些实施方案中的氢含量为14.25-15wt％、14-14.8wt％、少于15.3wt％、和14.8wt％至15wt％。
通常，在共混的配制的推进剂中使用的烃流体具有非常低的硫浓度。 硫以多种方式对推进剂的性能有不利影响，包括降低净燃烧热和增加结垢。因此，在一些实施方案中，配制的推进剂包括相对于常规的RP-1推进剂显著降低的硫含量。例如，配制的推进剂可包含少于30ppm或少于5ppm的硫。在另外的实施方案中，配制的推进剂包含少于3ppm的硫或少于1ppm的硫。
由于配制的推进剂明显没有烯烃和芳烃，所以配制的推进剂相对于常规制造的RP-1推进剂表现出改善的热稳定性。本文所述的飞行器中所用的发动机可包括排气喷管周围的冷却盘管，其中来自罐的燃料在注入燃烧室之前流经过所述冷却盘管。冷却盘管定期结垢，很大程度上归因于推进剂中芳烃和/或烯烃的存在。因此，配制的推进剂例如由于即使不能除去，也能显著降低冷却盘管的结垢，所以提供可允许推助级火箭发动机再利用的燃料。
常规制造的RP-1推进剂可用于推助级(booster stage)和上节级(upper stage)两种中。然而，对于上节级更常包含或全部使用更高能量的燃料，因为RP-1的密度和性能的问题。得益于本公开，本领域普通技术人员可理解，通过操控配制的推进剂的性能参数，与本公开一致的配制的推进剂可单独地，或与更高能量的燃料组合地用于上节级中。在本公开的某些实施方案中，配制的推进剂也可与能够形成金属氧化物的粉状金属组合，以实现更高水平的比冲量。这种金属的一个实例是铝。
通过共混现有烃流体以生产在性能和成本上如果不优于，也至少等于常规制造的RP-1推进剂的推进剂，本公开的配制的推进剂克服了某些常规RP-1推进剂的可用性/性能的问题。此外，可调整本公开的配制的推进剂以提供如密度、氢含量和燃烧热的性能，同时与常规制造的RP-1相比，其表现出维持较高水平比冲量(Isp)的能力。
还可预期，配制的推进剂可含有各种添加剂，如例如染料、抗氧化剂、金属钝化剂和它们的组合。
实施例
常规制造的RP-1推进剂的样品和各种配制的推进剂的样品通过D-86分析，密度、苯胺点、浊点、硫含量和芳烃含量通过FIA分析。利用蒸馏曲线和密度通过ASTM D-3343来计算氢含量。利用蒸馏曲线、密度、苯胺点、硫含量和芳烃含量通过ASTM D-4529来计算净燃烧热。作为比较基础，获得并分析常规制造的RP-1推进剂的样品，结果示出在下面的 数据中。按照ASTM D-4529，即净燃烧热估算的要求，在15℃下测量密度。随后对配制的推进剂所做的密度测量是在相同基准上进行。后者被用来计算净燃烧热。
对于常规制造的RP-1推进剂，硫含量远低于30ppm最大值。测量浊点，而不是冰点(后者比前者温度更低)。利用密度、蒸馏曲线和芳烃含量，使用ASTM D-3343中的经验公式计算氢含量。该数值为14.27％，超过标准13.8％(重量)。此外，存在少量的芳烃和烯烃，分别为1.22和1.10％(体积)，其稍微降低了氢含量。C12-C18煤油级分的理论最大氢含量为14.9％至15.3％。对于高度加氢处理的煤油，常规制造的RP-1推进剂的特征还在于环烷烃环的存在。其14.3％的氢含量与每分子单一的环烷烃环相一致。图1中示出了常规制造的RP-1推进剂的蒸馏曲线。插入该线以示出用于RP-1推进剂的蒸馏曲线标准。对于RP-1标准，10％的点必须达到365°F(185℃)至410°F(210℃)而终点必须低于525°F(273℃)。如上文所述，常规制造的RP-1推进剂是由碳数范围C12至C18的化合物组成的窄级分。温度随蒸馏的百分比逐渐增加是多碳数化合物的复杂共混物的表示。
分析用于使用在配制的推进剂中的材料是D-40、D-60、D-70、D-80、G232H、175和ISANE185。这些组分的蒸馏曲线示出于图2中。示出了相对于常规制造的RP-1推进剂蒸馏曲线的数据。没有任何“按原样”(即不加配制)的待使用单独组分与常规制造的RP-1推进剂足够紧密地相匹配。所述组分或者是更高沸点(如G232H)、或者是更低沸点(如D-60)，或者其特征在于更窄的沸程(如D-80)。然而，对于共混组分该属性的组合允许了共混物的灵活性，使得可以调整推进剂蒸馏曲线的前部、中部、后端以匹配RP-1标准。或者，与蒸馏曲线相关的推进剂的各种特性或其它性质可通过适当地选择用于共混物的组分来最优化。
除之外所有组分的密度测量结果均与常规制造的RP-1推进剂相近。ISANE材料的特征在于比常规制造的RP-1推进剂更低的密度。包括ISANE材料在内的那些组分的净燃烧热和氢含量与常规制造的RP-1推进剂相当。
组分数据一旦被编制，则制成了配制的推进剂。制备了一些标准共混物以评估这些组分在组合中如何相互影响。制备了三个试样(试样)并标为proto-6、proto-7和proto-8。设计proto-6来匹配RP-1标准。proto-7 和proto-8分别设计为平均值比RP-1标准更低的沸点和更高的沸点。制备后两者以确定如果蒸馏曲线的界限被推移，那么采用现有共混组分(如 和基材料)哪些范围的密度和其他属性是可完成的。用于试样的共混制剂示出于表3。
表3
共混制剂 D-60(vol％) D-70(vol％) D-80(vol％) G232H(vol％)
Proto-6 70 5 0 25
Proto-7 90 5 0 5
Proto-8 45 0 10 45
Proto-6、proto-7、proto-8和常规制造的RP-1推进剂的蒸馏曲线数据示出于图3中。关于仅在10％和终点的标准，在蒸馏曲线中有很宽的范围可满足RP-1标准。三个试样全部满足该标准。设计为较高平均沸点的proto-8的10％点在410°F，符合标准的限制。三者全部具有低于525°F(273℃)最大值的终点。按设计，proto-7显著比它低，在465°F(240℃)。
高浓度的轻质D-60组分体现在proto-7蒸馏曲线的位置低于所测的所有其它的。同样地，高浓度的重质组分G232H将proto-8曲线升高在所有其他的之上。
所有制剂的浊点数据低于-60°F(-51℃)的冰点标准标志着所有的均具有可接受的冰点。如先前所述，常规制造的RP-1推进剂的硫含量通过波长色散型X射线荧光光谱的测量为1ppm。标准制剂在那种方法的检测极限，测量值在0.5-0.6ppm。这些值很接近于RP-2制剂的0.1ppm最大限值。密度测量结果与常规制造的RP-1推进剂很接近，虽然略高，但仍在RP-1标准内。这与略高于常规制造的RP-1推进剂的共混原料的密度相一致。密度测量数据比较在图4中。
ISANE175和185的特点在于密度显著低于常规制造的RP-1推进剂，但具有位于或高于RP-1标准的闪点。这些每个的密度低于0.77g/ml，相对于其它共混组分和常规制造的RP-1推进剂显著地减少。此外，测定氢含量在15.1至15.2之间。这与不含环烷烃环的C12至C18范围内全饱和样品的理论值，以及通过这些材料的分析证明书上报道的典型值相一致。
在图5中示出常规制造的RP-1推进剂的蒸馏曲线数据与某些烃流体的比较。新材料是终点低于400°F(204℃)的非常窄的级分。这必须使用中间和重质级分以便产生RP-1推进剂制剂。此外，蒸馏曲线的前端是非常干净的，表明存在极少非常轻质、低闪点的化合物形成这些制剂的轻质部分的理想共混组分。由新组分配制的标准共混物标记为proto-9至proto-12。这些共混物的组成示出在表4中。
表4
与新制剂相应的蒸馏曲线示出在图6中。Proto-9与常规制造的RP-1推进剂蒸馏曲线紧密地相匹配。Proto-11被设计为低密度推进剂，如通过在其制剂中相当高的175的浓度所示出。Proto-10和proto-12被配制为含有较高比例的中间沸点化合物并测试了D-70相比D-80对蒸馏曲线贡献的不同。如所示，对于所用的量，差别很小。
将低沸点组分替换为异链烷烃的存在的直接影响，可以在图7的密度测量数值上看出。密度的阶跃变化是显而易见的。低密度共混物proto-11测定为0.7744g/ml。给定假设两级飞行器，其在推助级中有28500加仑的燃料，以及在第二级中有6500加仑，通过低密度试样的使用节省的重量示出在图8中。对于proto-9(常规制造的RP-1推进剂蒸馏曲线的复制品)的上节级重量节省为近7％的轨道有效载荷。对于低密度的proto-11，这种节省为约9％。这是巨大的有效载荷增加。
试样的氢含量示出在图9中。将一些本质为环烷烃的化合物替换为全饱和的异链烷烃导致氢含量对于常规制造的RP-1推进剂复制品proto-9净增至近14.9，以及对于低密度制剂proto-11净增至15。这相对于常规制造的RP-1推进剂样品是显著的增加。
试样的净燃烧热示出在图10中。
除了上述试样制剂，还配制了proto-20。Proto-20，类似于proto-6和proto-9，被设计为在合理范围内匹配与常规生产的RP-1推进剂相关的蒸馏曲线。图11说明了所有四个制剂的蒸馏曲线。然而，proto-20还被设计为提供proto-6和proto-9中间的密度、氢含量和净燃烧热。因此，proto-20在15℃的密度为0.8001，氢含量为14.51wt％，和净燃烧热为18736BTU/磅。
在商业规模的设备中制备六千加仑的proto-6。如图12所示，取得在商业规模的设备生产的proto-6配制的推进剂的样品，且将该样品(标记为“商用RP共混物”)的蒸馏曲线与常规制造的RP-1推进剂(标记为RP-1)和实验室工作台规模配制的proto-6(“proto-6”)的蒸馏曲线相比较。如图12所示，大至商业规模设备的规模生产与实验室规模显示出几乎相同的蒸馏曲线。表5提供了这三种推进剂另外的数据：
表5
虽然前述指向本发明的实施方案，但是可在不脱离本发明基本范围的情况下设计本发明其它和另外的实施方案，且其范围通过本发明的权利要求确定。

Claims (15)

1.一种制造火箭推进剂的方法，其包括组合至少两种烃流体，其中配制的推进剂满足RP-1标准、包含高于60wt％的异链烷烃，并且所述烃流体具有按ASTM D-1319测量的少于1体积％的芳烃含量。
2.权利要求1所述的方法，其中所述烃流体具有按ASTM D-5623测量的少于3ppm的硫含量。
3.权利要求2所述的方法，其中所述烃流体具有按ASTM D-1319测量的少于0.01体积％的芳烃含量。
4.权利要求1所述的方法，其中所述烃流体具有按ASTM D-1319测量的少于0.1体积％的烯烃含量。
5.权利要求1所述的方法，其中所述烃流体具有按ASTM D-3343测量的13wt％至15wt％的氢含量。
6.权利要求1所述的方法，其中所述烃流体具有按ASTM D-93测量的130°F至225°F的闪点。
7.权利要求1所述的方法，其中所述火箭推进剂具有按ASTM D-3343测量的14.25wt％至15wt％的氢含量。
8.权利要求7所述的方法，其中所述火箭推进剂具有按ASTM D-3343测量的14.8wt％至15wt％的氢含量。
9.权利要求1所述的方法，其中所述火箭推进剂具有按ASTM D-240测量的大于18500BTU/磅的净燃烧热。
10.权利要求9所述的方法，其中所述火箭推进剂具有按ASTM D-240测量的18500BTU/磅至19000BTU/磅的净燃烧热。
11.权利要求1所述的方法，其中所述烃流体中的至少一种包含正链烷烃。
12.权利要求1所述的方法，其中所述火箭推进剂具有按ASTM D-1319测量的少于0.01体积％的芳烃含量。
13.权利要求1所述的方法，其中所述火箭推进剂还包含粉状金属。
14.权利要求13所述的方法，其中所述粉状金属是铝。
15.权利要求1所述方法，其中所述火箭推进剂基本上不含环烷烃。
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