CN107417477B - 一种低温固体推进剂 - Google Patents

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    • C06B27/00—Compositions containing a metal, boron, silicon, selenium or tellurium or mixtures, intercompounds or hydrides thereof, and hydrocarbons or halogenated hydrocarbons

Abstract

本发明提供的是一种低温固体推进剂。包括燃料、氧化剂、粘合剂和功能助剂，所述的燃料为金属燃料镁粉和二氢化镁，所述氧化剂和粘合剂为水，各组分的质量比为金属镁粉：38％—46％、二氢化镁：11％—19％、水：40％—44％、功能助剂：2％。本发明使用二氢化镁作为燃料添加剂，增加了燃料的含氢量，同时降低了推进剂的火焰温度，提高了推进剂的比冲；本发明使用水作为氧化剂，同时又作为推进剂的粘合剂，水的熔点为0℃，当温度低于0℃时，推进剂药浆冷冻固化，制成低温固体推进剂，水与其它氧化剂相比，有效地提高了低温推进剂的冷冻使用温度，同时低温环境抑制了燃料与氧化剂的反应，提高了推进剂的使用寿命。

Description

一种低温固体推进剂
技术领域
本发明涉及的是一种固体推进剂，具体地说是一种低温固体推进剂。
背景技术
低温固体推进技术是一种新型的化学火箭推进技术，在低温固体推进技术中所应用的推进剂即为低温固体推进剂。传统固体推进剂能量水平已经达到平台阶段，高能固体推进剂NEPE的标准理论比冲达到2646m/s，仍远远低于液体推进剂，为了获取更高能量的固体推进剂，低温固体推进剂的概念被提出。
低温固体推进剂是一种低温下的绿色高能固体推进剂，其主要特征是推进剂的燃料和氧化剂中至少有一种在常温下呈现为气态或液态，在低温下冷冻成固体，进行制造、贮存和发射。其推进剂可以是均质的单组元推进剂，也可以是双组元推进剂。现已考虑的氧化剂有氧(O2)、过氧化氢(H2O2)、水(H2O)等；燃料有氢气(H2)、甲烷(CH4)、铝(Al)、镁(Mg)等。在这些组合中，金属与水作为原料，制成低温固体推进剂尤为受到重视，其原料来源简单廉价、冷冻温度高，同时金属的能量密度高，与水反应放出大量的热量和氢气，能有效的提高推进剂的比冲。低温固体推进剂融合了固体推进剂的简单性、可靠性和液体推进剂的高比冲性能，同时具有原料制作简单、环境危害小和成本低廉等优点，在空间推进、水下推进和快速制氢等领域有望得到广泛地应用，具有重要实用价值。但是已有的低温固体推进剂的燃烧效率、比冲等还有待提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种贮存使用温度、燃烧效率、比冲更高的低温固体推进剂。
本发明的目的是这样实现的：包括燃料、氧化剂、粘合剂和功能助剂，所述的燃料为金属燃料镁粉和二氢化镁，所述氧化剂和粘合剂为水，各组分的质量比为金属镁粉：38％—46％、二氢化镁：11％—19％、水：40％—44％、功能助剂：2％。
本发明还可以包括：
1、所述的金属镁粉为由超细镁粉和常规镁粉构成的复合镁粉，超细镁粉粒径为100nm—1μm，常规镁粉为粒径1μm-100μm。
2、超细镁粉占复合镁粉质量的60％。
3、所述的二氢化镁粒的径为1μm-100μm。
所述的功能助剂为安定剂、工艺助剂和助燃剂的组合物，安定剂为N-甲基-对硝基苯胺，含量为0.5％；工艺助剂为十二烷基磺酸钠，含量为1％；助燃剂为氧化铜，含量为0.5％。
本发明的低温固体推进剂的制备方法为：配方中的各组分按规定配比的和条件均匀混合，直到推进剂外观变成均匀的黏稠的糊状物质，将药浆真空装入到发动机装药燃烧室或模具内，放入冷藏室低温(-10℃)冷冻即可。
本发明的低温固体推进剂能够提高的低温推进剂的贮存使用温度、提高燃烧效率、提高工艺性能以及推进剂的比冲。
本发明的低温固体推进剂，具有如下优势：
(1)本发明采用了金属镁粉、二氢化镁和水得到了一种低温固体推进剂，所述原料资源丰富易得，且制作工艺简单，既节约了成本，又提高了制作过程中的安全性。
(2)本发明采用金属镁粉作为主要燃料，金属镁粉具有较高的能量密度，有效地提高了推进剂的比冲，且镁粉金属活性适中，提高了贮存稳定性。
(3)本发明采用了超细镁粉代替了部分常规镁粉而得到了一种具有新的粒度分布的复合镁粉，因此能充分填充低温推进剂间的微小缝隙；作为固体燃料，使得推进剂药浆组分混合时效率更高，同时提高了药浆的流动性，改善了推进剂的工艺性能：在推进剂点燃过程中超细镁粉加大了燃料与氧化剂的接触面积，使得更多的镁粉被点燃，减少了凝相物质的生成率，从而提高了燃烧效率与比冲效率。
(4)本发明采用了MgH2作为燃料添加剂，MgH2含氢质量分数为7.7％，具有较高的燃烧热，成气性好，较大的提高了燃料的能量性能和燃烧性能，从而提高了推进剂的比冲，同时降低了燃烧火焰温度。
(5)本发明采用了水作为氧化剂，水的熔点为0℃，大大提高了低温固体推进剂的冷冻温度。
(5)本发明在低温-10℃贮存使用，抑制了燃料与氧化剂的反应，大大提高了推进剂使用寿命。
具体实施方式
下面举例对本发明进行详细说明，举例说明有限，但是本发明的保护范围并不仅限于以下实施例。
实施例1
各组分质量配比为：金属镁粉(Mg)：45.1％；二氢化镁(MgH2)：11.3％；去离子水：41.6％；功能助剂：2％。
所述的镁粉为由超细镁粉和常规镁粉构成的复合镁粉，超细镁粉粒径为100nm—1μm；常规镁粉为粒径1μm-100μm。所述的复合镁粉中，超细镁粉占复合镁粉质量60％，其它为常规镁粉。所述的超细镁粉纯度大于99％。
所述的二氢化镁粒径为1μm-100μm。
所述的功能助剂为安定剂、工艺助剂和助燃剂的组合。其中安定剂为MNA(N-甲基-对硝基苯胺)，含量为0.5％；工艺助剂为十二烷基磺酸钠，含量为1％；助燃剂为氧化铜，含量为0.5％。
下表1给出了本发明本实施例：1#Mg/MgH2/H2O低温固体推进剂的配方组分及其性能。
表1 Mg/MgH2/H2O
从表1可以看出，当如表1配方制成推进剂时，Mg/MgH2/H2O低温固体推进剂的密度为1.62g/cm3，比冲为2998m/s，火焰温度为2710K。
实施例2
下表2给出了本发明2#Mg/MgH2/H2O低温固体推进剂的配方组分及其性能
表2 Mg/MgH2/H2O
从表2可知，当Mg/MgH2/H2O低温固体推进剂中MgH2质量分数增加到15.4％时，推进剂的密度较实施例1小，为1.59g/cm3，比冲增大为3147m/s，火焰温度下降为2590K。
实施例3
下表3给出了本发明3#Mg/MgH2/H2O低温固体推进剂的配方组分及其性能
表3 Mg/MgH2/H2O
由表3可知，当Mg/MgH2/H2O低温固体推进剂中MgH2质量分数增加到18.9％时，推进剂密度进一步减小为1.51g/cm3，比冲增大到3258m/s,，火焰温度下降为2420K。
由以上实施例可知，本发明大大提高了推进剂的比冲及推进剂的其它性能。

Claims (3)

1.一种低温固体推进剂，包括燃料、氧化剂、粘合剂和功能助剂，其特征是：所述的燃料为金属燃料镁粉和二氢化镁，所述氧化剂和粘合剂为水，各组分的质量比为金属燃料镁粉：38％—46％、二氢化镁：11％—19％、水：40％—44％、功能助剂：2％；所述的金属燃料镁粉为由超细镁粉和常规镁粉构成的复合镁粉，超细镁粉粒径为100nm—1μm，常规镁粉粒径为1μm—100μm，超细镁粉占复合镁粉质量的60％。
2.根据权利要求1所述的低温固体推进剂，其特征是：所述的二氢化镁的粒径为1μm—100μm。
3.根据权利要求1或2所述的低温固体推进剂，其特征是：所述的功能助剂为安定剂、工艺助剂和助燃剂的组合物，安定剂为N-甲基-对硝基苯胺，含量为0.5％；工艺助剂为十二烷基磺酸钠，含量为1％；助燃剂为氧化铜，含量为0.5％。
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