【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固液火箭发动机，尤其是涉及一种自燃的固液火箭发动机药柱及其制备方法和应用。
技术介绍
1、固液混合火箭发动机具有成本低、安全无毒、高性能、环保性好、药柱稳定性好、温度敏感性低、推力可调节和多次启动等优点，近些年在运载火箭、探空火箭、亚轨道飞行器、助推器、上面级发动机、姿轨控发动机、靶标、战术导弹和商业航天中广泛应用。对于典型的固液火箭发动机，通常采用液体(或气体)氧化剂+固体燃料药柱的组合方案，不同的氧化剂与燃料的组合使得固液发动机具有不同的工作特性及适用领域。常用的氧化剂有液氧、n2o、h2o2等，氧化剂通常为挤压式供应；常用的固体燃料药柱有聚氨酯(pu)、聚乙烯(pe)、端羟基聚丁二烯(htpb)、端羧基聚丁二烯(ctpb)、石蜡等。
2、高浓度h2o2是一种绿色无毒、常温可贮存高性能液体氧化剂。过氧化氢固液火箭发动机具有安全性好、推力调节容易、可实现关机和多次启动、无毒无污染、药柱稳定性好、温度敏感性低和经济性好等优点。十分符合临近空间飞行器动力系统快速、经济、可靠、安全、绿色、大空域、大推力调节和推力智能控制的要求。
3、过氧化氢固液火箭发动机的点火技术通常有火药点火器点火、催化床点火、火炬式点火、辐射点火、激光点火等等。
4、其中，火药点火器缺点：需要额外且复杂的点火系统，火药点火器需要额外的安装空间，点火药为易燃易爆的火工品，在发动机存储过程中存在爆炸的风险，此外，在发动机工作时，未使用的点火药也存在因震动摩擦或剧烈过载而失效爆炸的风险。如果需要多次点火则需要安装多个
5、其中，过氧化氢催化点火缺点：采用催化床进行点火时，发动机所采用的氧化剂必须具备自分解放热的特性，一些常用的氧化剂，如氧气，则无法采用此方式点火。此方法限制了发动机所能使用的氧化剂类型。此外，催化床对于氧化剂的流率也有一定限制即床载有限制。催化床结构尺寸较大，重量较大，流阻较大，流量较小，压降大，寿命短，启动性能差，催化剂容易损失，而且催化剂价格昂贵。
6、其中，火炬式点火方案缺点：采用此种方法需要额外的点火气路，还需要火花塞，点火系统占据额外的空间和重量，且结构复杂，对点火气路的时序、流量控制要求较严格。
7、因此，亟待开发一种不需要额外的点火装置，氧化剂过氧化氢和固体燃料接触即可发生燃烧反应的燃料药柱。
8、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于之一提供一种自燃的固液火箭发动机药柱，所述自燃的固液火箭发动机药柱的制备原料按重量份数计包括：固液火箭发动机燃料50～90份、强还原性物质5～50份。所述药柱为和过氧化氢可以自燃的固液火箭发动机药柱，不需要额外的点火装置，氧化剂过氧化氢和固体燃料接触即可发生燃烧反应，点火延迟为毫秒量级。
2、本专利技术的目的在于之二提供一种所述的自燃的固液火箭发动机药柱的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：将自燃的固液火箭发动机药柱的各制备原料混合后，再通过模具进行浇筑、冷却固化，制备得到所述的自燃的固液火箭发动机药柱。
3、本专利技术的目的在于之三提供一种所述的自燃的固液火箭发动机药柱在制备自燃的过氧化氢催化固液火箭发动机中的应用。
4、本专利技术的目的在于之四提供一种过氧化氢固液火箭发动机，所述过氧化氢固液火箭发动机包括过氧化氢输送系统和发动机主体系统，且所述过氧化氢固液火箭发动机无点火装置；所述发动机主体系统中包括燃烧室，所述燃烧室中包括上述的自燃的固液火箭发动机药柱。
5、为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：
6、第一方面，本专利技术提供一种自燃的固液火箭发动机药柱，所述自燃的固液火箭发动机药柱的制备原料按重量份数计包括：固液火箭发动机燃料50～90份、强还原性物质5～50份；
7、其中，所述强还原性物质选自碱金属的硼氢化物、碱金属的铝氢化物或硼氮类化合物中的任意一种或至少两种的组合。
8、本专利技术所述自燃的固液火箭发动机药柱，实现了无需外部点火装置的点火机制。该药柱可在与氧化剂接触时，即刻触发自燃反应，其核心原理涉及氧化剂与药柱中特定的强还原性物质之间的高效氧化还原反应。强还原性物质比例的增加有助于促进氧化还原反应，从而进一步降低点火延迟时间。此种氧化还原反应释放出大量热能，将燃料温度快速升至着火点，同时温度升高让过氧化氢分解产生氧气并放出热量。
9、进一步地，所述固液火箭发动机燃料在表面燃烧的同时，形成液态碳氢化合物液滴，这些液滴在蒸发后形成的蒸汽同样能够继续燃烧，确保了火箭发动机持续推进。因此，所述自燃的固液火箭发动机药柱拥有极低的点火延迟时间，仅需几毫秒至几十毫秒，具体数值可根据配方种类和比例进行一定的调整。
10、且本专利技术自燃的固液火箭发动机药柱的性能良好，几乎不会影响固液火箭发动机的比冲和绝热火焰温度，从而保证了火箭发动机的性能良好。此外，此种自燃药柱可以实现多次启动，在氧化剂停止供应后，火箭发动机将熄火，再次供应过氧化氢发动机将再次点火，且再次点火延迟也仅需几毫秒至几十毫秒。
11、在本专利技术中，固液火箭发动机燃料的含量为50～90份，例如可以是50份、52份、54份、56份、58份、60份、62份、64份、66份、68份、70份、72份、74份、76份、78份、80份、82份、84份、86份、88份、90份等。
12、上述固液火箭发动机燃料主要含有c、h等元素，是推进剂的主要能源和工质源，占据了药柱的大部分，需要有良好的粘结性能和力学性能，主要使得药柱具有足够的强度、弹性模量和延伸率；其可根据氧化剂和主燃料的种类调节比例。
13、在本专利技术中，强还原性物质的含量为5～50份，例如可以是5份、6份、8份、10份、12份、14份、16份、18份、20份、22份、24份、26份、28份、30份、32份、34份、36份、38份、40份、42份、44份、46份、48份、50份等。
14、上述强还原性物质选自碱金属的硼氢化物、碱金属的铝氢化物或硼氮类化合物中的任意一种或至少两种的组合，主要为了实现自燃功能，强还原性物质和氧化剂接触即可自发进行强烈的氧化还原反应，放出大量的热点燃药柱，同时也作为燃料提供h元素，还提供金属元素生成凝相粒子。
15、优选地，所述固液火箭发动机燃料选自聚乙烯、端羟基聚丁二烯、端羧基聚丁二烯、聚甲基丙烯酸甲醋、石蜡、聚硫橡胶、煤粉或双环戊二烯中的任意一种或至少两种的组合。
16、进一步地，所述固液火箭发动机燃料选自石蜡、聚乙烯、双环戊二烯或端羟基聚丁二烯中的任意一种或至少两种的组合。
17、上述固液火箭发动机燃料工艺性更好，容易浇筑；另外，作为燃料要求燃烧放热量高，热值大，气体生成量大，本本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自燃的固液火箭发动机药柱，其特征在于，所述自燃的固液火箭发动机药柱的制备原料按重量份数计包括：固液火箭发动机燃料50～90份、强还原性物质5～50份；
2.根据权利要求1所述的自燃的固液火箭发动机药柱，其特征在于，所述固液火箭发动机燃料选自聚乙烯、端羟基聚丁二烯、端羧基聚丁二烯、聚甲基丙烯酸甲醋、石蜡、聚硫橡胶、煤粉或双环戊二烯中的任意一种或至少两种的组合，优选为石蜡、聚乙烯、双环戊二烯或端羟基聚丁二烯中的任意一种或至少两种的组合；
3.根据权利要求1所述的自燃的固液火箭发动机药柱，其特征在于，所述自燃的固液火箭发动机药柱的制备原料包括0.05～5份的金属燃料；
4.根据权利要求1或2所述的自燃的固液火箭发动机药柱，其特征在于，所述自燃的固液火箭发动机药柱的制备原料包括0.05～10份的添加剂；
5.根据权利要求4所述的自燃的固液火箭发动机药柱，其特征在于，所述自燃的固液火箭发动机药柱的制备原料包括0.05～5份的固化剂；
6.根据权利要求4所述的自燃的固液火箭发动机药柱，其特征在于，所述自燃的固液火箭发动机药柱
7.一种根据权利要求1～6中任一项所述的自燃的固液火箭发动机药柱的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的自燃的固液火箭发动机药柱的制备方法，其特征在于，所述混合的温度为60～180℃，混合的转速为500～2000rpm；
9.一种根据权利要求1～6中任一项所述的自燃的固液火箭发动机药柱在制备自燃的过氧化氢催化固液火箭发动机中的应用。
10.一种过氧化氢固液火箭发动机，其特征在于，所述过氧化氢固液火箭发动机包括过氧化氢输送系统和发动机主体系统，且所述过氧化氢固液火箭发动机无点火装置；
...【技术特征摘要】
1.一种自燃的固液火箭发动机药柱，其特征在于，所述自燃的固液火箭发动机药柱的制备原料按重量份数计包括：固液火箭发动机燃料50～90份、强还原性物质5～50份；
2.根据权利要求1所述的自燃的固液火箭发动机药柱，其特征在于，所述固液火箭发动机燃料选自聚乙烯、端羟基聚丁二烯、端羧基聚丁二烯、聚甲基丙烯酸甲醋、石蜡、聚硫橡胶、煤粉或双环戊二烯中的任意一种或至少两种的组合，优选为石蜡、聚乙烯、双环戊二烯或端羟基聚丁二烯中的任意一种或至少两种的组合；
3.根据权利要求1所述的自燃的固液火箭发动机药柱，其特征在于，所述自燃的固液火箭发动机药柱的制备原料包括0.05～5份的金属燃料；
4.根据权利要求1或2所述的自燃的固液火箭发动机药柱，其特征在于，所述自燃的固液火箭发动机药柱的制备原料包括0.05～10份的添加剂；
5.根据权利要求4所述的自燃的固液火箭发动机...
【专利技术属性】
技术研发人员：张源俊，张宇晨，蔡国飙，朱浩，杨征博，牟超亮，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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