高密度合成烃类燃料研究进展

概述了高密度合成烃类燃料的研究及应用发展情况,分别从原料、合成路线、性能特征等方面对多环烃类燃料和高张力笼状烃类燃料进行了较详细的阐述,并介绍了课题组在此领域的研究进展,对中国高密度烃类燃料的发展提出了展望和建议.     

高触变性高密度凝胶碳氢燃料的制备及性能

采用有机凝胶剂(Gn)和气相二氧化硅(SiO_2)分别与HD-01、HD-03、HD-03-I、QC四种纯液体高密度燃料制备了相应的凝胶碳氢燃料,研究了所需凝胶剂Gn和SiO_2的最小添加量,测定了凝胶碳氢燃料的密度、黏度、热值等基础物理性质。考察了其热稳定性、离心稳定性、长期存储挥发性等稳定性能,以及流变性能。结果表明,至少添加6%SiO_2才能使纯液体高密度燃料形成凝胶碳氢燃料,而Gn最小添加量不大于1%,且Gn对燃料本身的密度和热值几乎没有影响;Gn凝胶碳氢燃料在-40℃低温保存、长期室温存储或高速离心后无液体渗出现象;Gn凝胶碳氢燃料的黏度随剪切速率增加而明显下降,接近纯液体燃料黏度;通过扫描电镜发现Gn凝胶剂在燃料中可自组装形成三维纤维网状结构,搅拌或高温(150℃)可破坏该结构,静置或降温又可恢复,使得Gn凝胶碳氢燃料具有明显优于SiO_2凝胶燃料的流变性和触变性,更利于管道运输和雾化。     

密度大于1的高密度液体碳氢燃料合成及复配研究

以双环戊二烯为原料合成了三种高密度燃料组元C10、C15及C20,其密度依次增加,但低温性质逐渐变差.为制备密度大于1且低温性质良好的高密度燃料,进行二元及三元复配,建立了复配燃料密度及低温粘度与组成的关系.C10可显著改善燃料的低温性质,而C20则可提高燃料密度.确定了兼具高密度和低粘度的燃料组成区域: C15为主组分,C10含量低于25%,C20的含量低于10%.此组成的复配燃料密度大于1 g·cm-3 (15 ℃),净热值达42.0 MJ·L-1,粘度小于500 mm2·s-1 (-40 ℃),倾点小于-70 ℃,具有良好的应用前景.     

吸热型碳氢燃料的研究进展

吸热型碳氢燃料是实现高超音速飞行的首选燃料,从燃料的选择、催化剂的筛选、热沉的测定、复合结焦抑制剂的开发等方面展开论述了国内外的研究进展,并提出今后的研究方向.     

富燃推进剂的研制现状及展望

分析了固体火箭冲压发动机对富燃料推进剂的要求，重点介绍了国内外镁铝、碳氢燃料和含硼富燃料推进剂应用及研究现状，提出了高性能富燃料推进剂研制中急需解决的关键技术和技术途径，并根据冲压发动机的特点，指出今后应开展能量可控的膏状富燃料推进剂、高能GAP／ADN／B推进剂和低特征信号富燃料推进剂的研制。     

高密度高热安定烷基金刚烃燃料的合成及性质研究进展

烷基金刚烃具有高密度和高热安定性等特点,可为航空航天飞行器提供充足的推进能量和冷却能力。综述了烷基金刚烃燃料的合成进展,包括多环烷烃重排反应和金刚烷基化合物烷基化反应。分析了重排反应受热力学控制的特性,结合量子化学计算与实验产物分布推测重排反应路径;讨论了以金刚烷基化合物为原料烷基化反应具有区域选择性,能够实现定向合成指定烷基结构(甲基、乙基、丙基、丁基等)的金刚烃。同时,总结了烷基金刚烃燃料性质,归纳了针对烷基金刚烃燃料热安定性的评价方法和结果,分析了构效关系。其中,烷基金刚烃的密度和分子结构的紧凑程度有关,取代烷基链越长,密度越低,黏度越大;烷基金刚烃碳环数越多,密度越大。燃料的冰点和分子结构对称性有关,对称度越低,冰点越低。碳氢燃料热安定性主要由分子结构中包含的碳原子的种类及数量决定,其中各种碳原子稳定性顺序为季碳原子>伯碳原子>仲碳原子>叔碳原子。因此,未来有望采用具有区域选择性的高效合成方法,将烷基定向取代于金刚烃母体的叔碳原子上,实现从叔碳原子到季碳原子的转变,提升热安定性的同时保持烷基金刚烃较高的密度,这为未来定向高通量合成高密度、高热安定烷基金刚烃燃料提供了新的思路。     

近临界区碳氢燃料传热不稳定规律研究

高超声速飞行器在大气层中高速巡航会遭遇严重的热障问题,采用碳氢燃料对发动机进行主动冷却是解决热障问题可行和有应用前景的解决方案。结合电加热流动传热装置,对碳氢燃料主动冷却的传热规律进行了初步研究。实验结果表明:在近临界区会出现传热不稳定现象,温度和压力脉动明显,并且伴有尖啸声音;当流体远离近临界区,碳氢燃料传热稳定。     

超临界碳氢燃料流动换热不稳定性研究综述

简要概括了碳氢燃料的自身特点和相对于普通燃料的优势,介绍了物质的超临界状态和碳氢燃料在超临界压力下的热物性变化规律.针对超临界压力下碳氢燃料流动换热不稳定性现象,总结了引发不稳定振荡的3种主要类型:声学型、转捩型和物性型,详细介绍了3种振荡类型的特点和引发机理,以及取得的研究成果.在此基础上,介绍了目前3种不稳定振荡抑...     

从专利信息看国外高超声速飞行器吸热碳氢燃料发展

吸热碳氢燃料结焦抑制技术是高超声速飞行器技术的关键。检索分析了吸热碳氢燃料结焦抑制技术领域相关专利信息,通过定性和定量分析,研究了吸热碳氢燃料结焦抑制技术的发展趋势、全球研究该技术的国家分布、各主要国家技术发展方向、重要研发单位的技术发展现状,以及主要发展方向等内容。     

超燃冲压发动机可贮存碳氢燃料再生主动冷却换热过程分析

首先简介了高超声速飞行及超燃冲压发动机工作特点, 分析了超燃冲压发动机的热环境和影响因素, 指出再生主动冷却是经常采用的热防护方法. 进一步分析了可贮存碳氢燃料实现超燃冲压发动机再生主动冷却应能在高温下通过裂解或脱氢反应进行有效化学吸热, 应具备使用温度下低结焦、低析碳、高综合吸热冷却能力. 最后指出吸热碳氢燃料冷却换热过程是极为特殊的, 主要表现在, 换热过程面临大的热流密度变化、发动机壁面与燃料之间高的过热温度、燃料追求相对低流速、燃料大范围温度变化、气液两物态和存在裂解或脱氢等化学反应.     

吸热型碳氢燃料模型化合物裂解性能研究

高超声速飞行使飞行器表面热负荷急剧增加,要求燃料作为推进剂供给飞行器动力的同时满足冷却要求.不同燃料的物理热沉相差无几,利用吸热型碳氢燃料的裂解反应获得热沉势在必行.在这种条件下,单纯的热裂解已不能满足要求,引发及催化裂解作为提高燃料裂解性能的途径成为研究热点.本实验分别以正十二烷、异辛烷和甲基环己烷作为模型化合物,对...     

几种典型燃料空气炸药威力性能研究

采用VLW状态方程及其程序对燃料空气炸药（FAE）爆压进行计算,并引入云雾威力因子,结合试验,研究了典型液态燃料和固液混合燃料配方对FAE爆轰威力性能的影响规律。计算与实验结果相吻合。     

金刚烷类高能量密度燃料研究进展

从三个方面对金刚烷类高能量密度燃料的研究及应用发展进行了综述,包括金刚烷类化合物的分子结构与性能关系、金刚烷及其含能衍生物的合成方法、金刚烷类高能量密度燃料的应用现状,基于此对金刚烷类燃料的可能发展方向提出了展望,建议金刚烃的绿色合成工艺以及金刚烷类燃料复配技术值得进一步研究。     

高密度笼状烃衍生物的合成及热性能

以环戊二烯(CPD)或甲基环戊二烯(MCPD)为原料,通过Diels-Alder反应、[2+2]环加成反应、羰基和含氮试剂的加成反应合成了五环[5.4.0.02,6.03,10.05,9]十一烷、甲基五环[5.4.0.02,6.03,10.05,9]十一烷的腙类衍生物,通过质谱、红外光谱、核磁共振氢谱等确证了产物结构,并通过PDSC研究了部分化合物在高温下的热分解性能。高张力笼状烃衍生物可改善笼状烃的挥发性能,分解过程放热,且分解温度随压力增大略有升高,可用作新型炸药或高能燃料组分。     

碳氢燃料爆轰波胞格结构的实验研究

在实验的基础上，对碳氢燃料云雾爆轰波胞格结构的影响因素进行讨论分析认为：初始温度的变化对胞格尺寸的影响较小；胞格尺寸随初始压力的降低而增大；稀释气体使碳氢燃料的爆轰波胞格尺寸增大，在稀释气体达到一定浓度后，胞格尺寸将迅速增大；起爆能的增大可以导致更加复杂的爆轰波次胞格结构出现。     

裂解态正癸烷点火延迟时间的理论研究（英）

在先进飞行器发动机中,吸热碳氢燃料在进入燃烧室之前会发生热裂解反应,生成未反应燃料和小分子裂解产物的混合物(称为裂解态燃料)。本工作研究了在1300~1800 K、0.1~3.0 MPa和当量比为1.0的条件下,不同的裂解转化率、裂解压力、点火压力和自由基对正癸烷裂解着火特性的影响。通过采用一种精确的组合机理,从理论上计算了流动反应器中3.0和5.0 MPa下正癸烷裂解组分,与文献中的实验结果吻合较好。结果表明,正癸烷在3 MPa和5 MPa下裂解的出口转化率分别为46.2%和58.8%,裂解产物分布一致,但乙烯的含量随着压力的升高明显的降低,而烷烃含量随着压力的增大而增加。尽管自由基总体含量很低,但在3 MPa条件下裂解产物中的自由基浓度依然高于5 MPa条件下。对于点火延迟时间的计算结果则表明,裂解态正癸烷的点火延迟时间随着转化率的增大而延长,且在5 MPa下随着转化率的变化更明显。相同转化率下,5 MPa下的裂解态正癸烷的点火延迟时间比3 MPa下更短。此外,与无自由基的裂解正癸烷相比,裂解正癸烷中自由基的存在可以加速着火过程,转化率小于40%时,着火延迟时间缩短15%以上。     

控制电位电解型气体传感器在液体推进剂检测中的应用

从传感器的原理、结构、检测性能等方面论述了研制的控制电位电解型气体传感器在检测肼类燃料、硝基氧化剂等液体推进剂中的应用,并概述了研制新一代用于液体推进剂检测的控制电位电解型气体传感器的必要性。     

离子液体在含能材料领域的应用进展

近年来离子液体由于其独特的性质而受到广泛关注。本研究从离子液体应用于芳香环硝化、含氢键炸药回收提纯及在推进剂和熔铸炸药的方面进行了综述,认为离子液体在这些方面的绿色环保优势得到了充分体现。一些含能离子液体可应用于自燃推进剂燃料和替代TNT作熔融介质用于熔铸炸药,认为它们表现出很好的应用前景。