[發明專利]一種自燃火箭燃料和自燃推進劑

有效

• 申請號: 201811608166.6
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN109576012B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 魯統潔;韋偉;金鳳;蔡克龍;韋雪梅
• 申請（專利權）人: 湖北航天化學技術研究所
• 主分類號: C10L1/04
• 分類號: C10L1/04;C10L1/226;C10L1/12;C06B43/00;C06D5/08
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 張彩珍

提供了一種自燃火箭燃料和包含該燃料的自燃推進劑，所述自燃火箭燃料為多取代吖嗪類化合物或添加有該類添加劑的火箭煤油，該自燃火箭燃料與四氧化二氮、硝酸等氧化劑接觸后，可形成自燃，從而作為自燃推進劑使用。該自燃火箭燃料或推進劑與以往的自燃推進劑相比，燃料能量密度更高，低毒且安全穩定性更好，是高能自燃雙組元液體推進劑的優良候選物。

技術領域

本發明總體地涉及雙組元液體火箭推進劑技術領域，具體涉及一種可與硝基氧化劑自燃的火箭燃料及包含該燃料的自燃推進劑。

背景技術

液體火箭推進劑是以液體狀態進入火箭發動機，歷經化學反應和熱力學變化，為推進系統提供能量和工質的物質。雙組元液體火箭推進劑是由分別貯存的液體氧化劑和液體燃料兩個組元組合工作的推進劑。雙組元液體推進劑具有能量高和使用較安全等特點，是液體火箭、導彈推進系統中使用最多的推進劑。

按照點火方式的不同，可將雙組元液體推進劑分為自燃推進劑和非自燃推進劑。自燃推進劑是指氧化劑和燃料進入火箭發動機燃燒室時能迅速自動著火的雙組元添加劑，如紅煙硝酸與偏二甲肼、四氧化二氮與偏二甲肼、四氧化二氮與甲基肼等組合。反之，若不能自動著火的雙組元推進劑，則稱之為非自燃推進劑，如液氧與液氫、液氧與煤油、紅煙硝酸與煤油等組合。

現在廣泛應用的自燃推進劑燃料主要是肼類及其衍生物，肼類燃料(如偏二甲肼、一甲肼、肼等)雖然具有良好的點火燃燒特性，但其缺點也很顯著：首先肼類燃料的密度較低，占飛行器空間較大而又產生的推力較小；另外一個缺點是高揮發性、高毒性、強致癌性，對環境和人的健康產生危害；同時，它們的生產、貯存、運輸、使用及處理等是一個復雜的工藝過程，導致最終的使用成本也較高。

能量更高且環境友好的煤油類燃料，自20世紀70年代開始，已成為大推力運載火箭一二級主發動機的主要燃料，但是由于無法與氧化劑形成自燃，需要額外增加輔助點火裝置，如電點火、火藥點火和點火劑點火等方式。以點火劑方式為例，液氧使用的三乙基鋁和三乙基硼等，四氧化二氮、硝酸等使用的三乙基胺、二甲苯胺、苯胺和糠醇等。大多數點火劑與空氣或水接觸后會燃燒或爆炸，高反應活性所帶來較差的安全穩定性，所以點火劑通常采用額外的儲箱和供應系統，與氧化劑形成自燃點火后再注入主燃料。外加的點火裝置增加了系統部件，增加了系統的復雜性，不利于系統的可靠性保障；增大的火箭體積，不利于如導彈等體積受限飛行器的設計與安裝。

另外鋁類、硼類有機物燃燒產生的氧化物容易堵塞供應管道與孔洞，另外這些點火助劑通常都存在較高的毒性，如硼烷、硼胺、疊氮等物質；同時，這些物質所具有的能量水平較低，在一定程度上降低了推進劑的比沖，降低了火箭的推力與射程。

除了外加點火裝置外，還可通過在燃料中加入自燃添加劑的方法，使非自燃推進劑變為自燃推進劑。有研究人員嘗試將偏二甲肼與煤油加以混合，再與紅煙硝酸形成自燃組合，但是混合物中偏二甲肼沸點(63.9℃)較低，會在進氣道前從煤油中揮發，影響燃料在管路中的正常輸送。

針對這些問題，各國開展了廣泛的研究，目的是著手尋找綜合性能更加優良的自燃燃料。其中環境友好的含能離子液體成為近年來自燃推進劑的研究熱點。它主要是指一類由有機陽離子和有機陰離子或無機陰離子構成的有機鹽類化合物，熔點通常低于100℃。2008年，美國空軍實驗室Schneider等制備出了一系列烷基取代的咪唑陽離子和疊氮陰離子組成的離子液體，試驗結果發現咪唑二氰胺類離子液體與白色發煙硝酸可發生自燃反應。目前，自燃離子液體已發展出了二氰胺陰離子類、硝基氰胺陰離子類、硼氫陰離子類、硼烷類、鋁基類、次磷酸陰離子類和肼類等七類。