[發明專利]一種高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料

在審

• 申請號: 201510937809.1
• 申請日: 2015-12-15
• 公開（公告）號: CN105565266A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 王芳;李偉;張文剛;付曉夢;王偉;胡建江;李磊
• 申請（專利權）人: 湖北航天化學技術研究所
• 主分類號: C01B3/00
• 分類號: C01B3/00
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 王洪臣

技術領域

本發明屬于一種高超聲速飛行器用燃料。具體涉及的是一種超高聲速飛行 器主動冷卻式超燃沖壓發動機用吸熱型燃料，屬于飛行器燃料領域。

技術背景

高超聲速是指飛行速度大于5馬赫。高超聲速武器由于具有快速打擊、強 突防、遠程精確打擊、高效毀傷能力成為目前航空航天武器研究重點。燃料在 高超聲速武器中承擔著推進與冷卻雙重功效。武器高速飛行與空氣磨擦產生熱 負荷，熱負荷大致與Ma平方成正比，根據估算，飛行器飛行速度達6Ma，機身 與燃燒室溫度分別為1371℃、2427℃，飛行速度達8Ma，機身與燃燒室溫度分 別為2204℃、2816℃，已遠遠超過現有所有材料的耐受溫度，必須采取有效冷 卻措施。燃料在進入燃燒室之前，通過冷卻通道利用物理熱沉或化學反應吸熱 對飛行器高溫部件冷卻，自身裂解為更易燃燒小分子化合物。利用吸熱型燃料 不僅是發動機冷卻的需要也是提高發動機推力和性能的關鍵措施，燃料吸熱后 物性改變對燃燒性能的附加貢獻對超燃沖壓發動機的凈推力也至關重要。

目前，高超聲速武器所用燃料主要為吸熱型碳氫燃料及液氫。吸熱型碳氫 燃料與液氫相比具有容易儲存、攜帶，便于實際應用的優點，但重要的缺點是 化學反應速度慢(比氫慢了3～5個數量級)、熱值低(單位質量的熱值只有氫的 1/3)和有限的熱沉(單位質量的熱沉只有液氫的1/6)，一般認為碳氫燃料只能用 到馬赫數4～8的發動機，馬赫數6以上需要利用有催化反應的吸熱碳氫燃料， 液體甲烷有可能用于馬赫數大于8，但馬赫數10以上由于發動機實際尺寸重 量的嚴格限制，氣流在燃燒室中的駐留時間僅允許1ms左右，要求選擇的燃料 能盡可能快地燃燒釋熱。

液氫反應速度快、單位質量熱值、熱沉值高，且比熱容隨溫度升高而增大， 液氫是目前認為唯一適用Ma8以上高超聲速飛行器用燃料，但液氫密度低，僅 為0.071g/cm³，單位體積燃燒熱值很低，約8.746MJ/L，會增加飛行器的設計重 量，降低有效載荷；同時，液氫的制備成本高，安全性能差，對存儲和運輸的 容器及管道材料要求苛刻，后勤成本需求高，而且存在低溫保存和揮發問題， 用于武器系統有重大缺陷。

我國高超聲速武器發展目標為“更高、更快、更遠”。為了實現飛行速度>8Ma、 射程>16000km，必須研制出一種高熱沉、高熱值、在燃燒室內能快速反應的非 常規高能量密度吸熱型燃料，以適應中遠期臨近空間推進需求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有飛行器燃料的上述不足，提供一種高能量、高 密度、高熱沉值、在燃燒室內能快速組織燃燒的高超聲速飛行器用燃料。

本發明設計思想是利用飛行器高速飛行氣動加熱使固態載氫燃料液化，液 態燃料通過主動冷卻通道利用物理溫升及裂解反應吸熱對飛行器高溫部件進行 冷卻，自身轉化為輕金屬、H₂等高溫裂解產物，高溫裂解產物隨后進入燃燒室 與來流空氣進一步燃燒反應，產生高溫高壓燃氣為飛行器提供動力。

本發明的技術方案為：

一種高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料，其以輕金屬氫化物或輕金屬氫化 物與配位金屬氫化物為主要組分。

一種高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料，其包含如下質量百分含量的組分：

輕金屬氫化物：70～97％；

配位金屬氫化物：0～35％；

低熔點金屬：2～20％；

熔點、分解溫度調節劑：0.1～10％；

其它組分：0.5～3％。

其中所述的輕金屬氫化物為LiH、AlH₃、MgH₂、ZrH₂中的一種或多種混合 物。所述的配位金屬氫化物為LiBH₄、Mg(BH₄)₂、LiAlH₄中的一種或多種。所 述的低熔點金屬為K、Na、Li、Be、Ga、Pb、Sn、Al中的一種或多種。所述的 熔點、分解溫度調節劑為鈦、鎳、鈷、鉀、鈉的鹵化物的一種或多種組合物。 所述的其它組分為二氧化硅。

本發明所述的一種高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料制備方法包括如下步 驟：