正文 第一章 液體推進劑概論(一)(1 / 1)

第一節液體推進劑

(引言)

火箭推進劑是火箭的能源,早在公元969年我國首先發明了火箭,它所使用的推進劑黑火藥是我國古代四大發明之一。

近代火箭技術和推進劑的研究始於100多年前,到第二次世界大戰期間,德國研製的以液氧-酒精為推進劑的V-2火箭用於對英國作戰的近程襲擊,射程達270公裏。戰後,火箭技術得到飛速的發展,蘇、美二國都在V-2火箭的基礎上,發展了近代大型洲際導彈和各種用途的小型火箭。肼類燃料是洲際導彈常用的推進劑之一。

20世紀50年代起,世界各國開始發展用於發射衛星、飛船和星際航天器的運載火箭和各種相關小型發動機,1957年10月4日蘇聯發射了第一顆人造地球衛星,標誌著當時蘇聯的空間技術處於領先地位。1969年7月美國發射了阿波羅飛船,宇航員從登月艙成功地登上了月球。在同一時期,以法國和德國為核心的歐洲國家聯合組建的歐洲空間局用阿利安火箭發射衛星也取得成功。

我國的火箭技術和推進劑的應用研究起步於50年代。1970年4月20日我國成功地發射了第一顆人造地球衛星。1980年5月18日我國向太平洋發射遠程運載工具試驗取得了成功,標誌著我國的科學技術發展到了一個新階段。我國的航天事業在40年的拚搏中取得了舉世矚目的成績。近年來,長征係列等各類型號運載工具已躋身於世界先進行列。1999年11月20~21日,我國又發射了“神州”號試驗飛船並回收成功,標誌著我國在高新技術領域和推進劑的應用方麵取得了長足的進步。

縱觀世界各國航天科技的發展曆史和今後的發展趨勢,可以預見液體火箭推進劑仍然是發射運載工具、衛星和星際航天器的首選高能物質。

推進劑醫學是伴隨推進劑的研究和應用產生的一門邊緣科學。前蘇聯和美國於40~50年代開始進行推進劑醫學研究。我國推進劑醫學研究始於60年代初。隨著我國液體火箭推進劑的研究和應用,我國液體推進劑的毒性毒理、臨床醫學及應急救援醫學均得到了相應的發展。

(液體推進劑的分類)

將運載工具和其他有效載荷推送到宇宙空間及相對位置的高能物質,稱為推進劑。

應用物質在火箭發動機中發生化學反應(燃燒)放出的能量作為能源,利用化學反應(燃燒)的產物作為工質的一種推進方式,稱為化學推進。

在化學推進劑中,參加化學反應(燃燒)的全部組份統稱為化學推進劑。根據參加化學反應(燃燒)的這些組份在通常條件下所呈現的物理狀態,可把化學推進劑分成為液體推進劑、固體推進劑、固液推進劑、液固推進劑。到目前為止,實際使用的主要是液體推進劑和固體推進劑。

化學推進劑是運載工具和航天器發動機的動力源,對其進行深入研究與發展,對於進一步提高運載工具的運載能力和延長衛星等航天器的使用期限均會起到重要的促進作用。

(一)按化學組成分類

按化學組成,液體推進劑可分為單組元液體推進劑、雙組元液體推進劑和三組元液體推進劑。

1.單組元液體推進劑單組元液體推進劑具有燃燒劑兼氧化劑的性能,可以單組份使用。這種推進劑在通常條件下比較穩定,加熱、加壓或催化劑可促使其迅速分解成分子量較小的氣體,同時釋放熱量,產生推力。單組元液體推進劑的比推力雖然較小,但具有優越的脈衝式比衝,推力重複性好,響應特性靈敏,可靠性高,通常適用於姿態控製發動機。常用的單組元液體推進劑有無水肼、單推-3等。

2.雙組元液體推進劑雙組元液體推進劑由燃燒劑和氧化劑兩個組元組成。兩個組元分別儲存在燃燒劑儲箱和氧化劑儲箱內使用時泵至燃燒室,在燃燒室內點火燃燒,從而產生巨大推力。

燃燒劑:常用的燃燒劑是碳、氫、氮的化合物和某些輕金屬及其氫化物。例如烴類化合物中的煤油;醇類化合物中的甲醇等;肼類化合物中的肼、一甲基肼、偏二甲基肼等;氫及氫化物中的液氫等。

氧化劑:常用的氧化劑主要是含氧、含氟的化合物,例如液氧、濃度在90%以上的過氧化氫、發煙硝酸、四氧化二氮等。

常用的雙組元液體推進劑:有液氧液氫、液氧7煤油、液氧偏二甲基肼、四氧化二氮一甲基肼、四氧化二氮、偏二甲基肼;發煙硝酸、偏二甲基肼、發煙硝酸乂煤油等。

三組元液體推進劑在雙組元液體推進劑中加入第三組分就構成三組元液體推進劑。加入的第三組分可以大幅度提高推進劑的能量,獲得較大的比衝。有肼/招/四氧化二氮、肼/鈹/四氧化二氮等。