一種高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)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(dòng)冷卻式超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)用吸熱型燃料，屬于飛行器燃料領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]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(qiáng)突防、遠(yuǎn)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(diǎn)。燃料在高超聲速武器中承擔(dān)著推進(jìn)與冷卻雙重功效。武器高速飛行與空氣磨擦產(chǎn)生熱負(fù)荷，熱負(fù)荷大致與Ma平方成正比，根據(jù)估算，飛行器飛行速度達(dá)6Ma，機(jī)身與燃燒室溫度分別為1371°C、2427°C，飛行速度達(dá)SMa，機(jī)身與燃燒室溫度分別為2204°C、2816°C，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有所有材料的耐受溫度，必須采取有效冷卻措施。燃料在進(jìn)入燃燒室之前，通過冷卻通道利用物理熱沉或化學(xué)反應(yīng)吸熱對(duì)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(fā)動(dòng)機(jī)冷卻的需要也是提高發(fā)動(dòng)機(jī)推力和性能的關(guān)鍵措施，燃料吸熱后物性改變對(duì)燃燒性能的附加貢獻(xiàn)對(duì)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的凈推力也至關(guān)重要。
[0003]目前，高超聲速武器所用燃料主要為吸熱型碳?xì)淙剂霞耙簹洹Ｎ鼰嵝吞細(xì)淙剂吓c液氫相比具有容易儲(chǔ)存、攜帶，便于實(shí)際應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)，但重要的缺點(diǎn)是化學(xué)反應(yīng)速度慢(比氫慢了 3?5個(gè)數(shù)量級(jí))、熱值低(單位質(zhì)量的熱值只有氫的1/3)和有限的熱沉(單位質(zhì)量的熱沉只有液氫的1/6)，一般認(rèn)為碳?xì)淙剂现荒苡玫今R赫數(shù)4?8的發(fā)動(dòng)機(jī)，馬赫數(shù)6以上需要利用有催化反應(yīng)的吸熱碳?xì)淙剂?，液體甲烷有可能用于馬赫數(shù)大于8，但馬赫數(shù)10以上由于發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際尺寸重量的嚴(yán)格限制，氣流在燃燒室中的駐留時(shí)間僅允許Ims左右，要求選擇的燃料能盡可能快地燃燒釋熱。
[0004]液氫反應(yīng)速度快、單位質(zhì)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(rèn)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(huì)增加飛行器的設(shè)計(jì)重量，降低有效載荷；同時(shí)，液氫的制備成本高，安全性能差，對(duì)存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)娜萜骷肮艿啦牧弦罂量?，后勤成本需求高，而且存在低溫保存和揮發(fā)問題，用于武器系統(tǒng)有重大缺陷。
[0005]我國(guó)高超聲速武器發(fā)展目標(biāo)為“更高、更快、更遠(yuǎn)”。為了實(shí)現(xiàn)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(nèi)能快速反應(yīng)的非常規(guī)高能量密度吸熱型燃料，以適應(yīng)中遠(yuǎn)期臨近空間推進(jìn)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)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(nèi)能快速組織燃燒的高超聲速飛行器用燃料。
[0007]本發(fā)明設(shè)計(jì)思想是利用飛行器高速飛行氣動(dòng)加熱使固態(tài)載氫燃料液化，液態(tài)燃料通過主動(dòng)冷卻通道利用物理溫升及裂解反應(yīng)吸熱對(duì)飛行器高溫部件進(jìn)行冷卻，自身轉(zhuǎn)化為輕金屬、出等高溫裂解產(chǎn)物，高溫裂解產(chǎn)物隨后進(jìn)入燃燒室與來(lái)流空氣進(jìn)一步燃燒反應(yīng)，產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)鉃轱w行器提供動(dòng)力。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0009]—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。
[0010]—種高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料，其包含如下質(zhì)量百分含量的組分:
[0011]輕金屬氫化物:70?97%;
[0012]配位金屬氫化物:0?35%;
[0013]低熔點(diǎn)金屬:2?20%;
[0014]熔點(diǎn)、分解溫度調(diào)節(jié)劑:0.I?1 % ;
[0015]其它組分:0.5?3 %。
[0016]其中所述的輕金屬氫化物為L(zhǎng)iH、AlH3、MgH2、ZrH2中的一種或多種混合物。所述的配位金屬氫化物為1^8!14、18(8!14)2、1^41!14中的一種或多種。所述的低熔點(diǎn)金屬為1(、他、1^、Be、Ga、Pb、Sn、Al中的一種或多種。所述的熔點(diǎn)、分解溫度調(diào)節(jié)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。
[0017]本發(fā)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:
[0018]在手套箱內(nèi)將上述組分燃料混合均勻后，按一定球料比裝入球磨罐內(nèi)，在行星球磨機(jī)內(nèi)球磨一定時(shí)間后，制得高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料。
[0019]本發(fā)明所述的高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料的與現(xiàn)有技術(shù)相比取得的預(yù)料不到的技術(shù)效果為:
[0020]I)本發(fā)明所述的高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料載氫燃料密度高(p2(rc2
0.75g/cm3)，熱沉值高(850°C有效熱沉值高于7.0MJ/kg)，絕熱燃溫高(> 3500K)，點(diǎn)火延遲時(shí)間短，可在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)中快速組織燃燒。
[0021]2)本發(fā)明所述的高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料與液氫相比，吸熱型載氫燃料具有密度高(P2(TC) 0.75g/cm3)，可常溫貯存、安全性能好、成本低、便于實(shí)際應(yīng)用等優(yōu)勢(shì)，用于高超聲速武器可使武器機(jī)動(dòng)性能更好，載荷一定時(shí)可增加射程或射程一定時(shí)增大有效載荷。
[0022]3)本發(fā)明所述的高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料與吸熱型碳?xì)淙剂舷啾?，載氫燃料具有熱值高(> 39MJ/Kg)，熱沉值高(850°C有效熱沉值高于7.0MJ/kg)，絕熱燃溫高(>3500K)，點(diǎn)火延遲時(shí)間短，可在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)中快速組織燃燒，可使武器飛行馬赫數(shù)更尚O
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下通過具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但并不用以限定專利的保護(hù)范圍。實(shí)施例I本發(fā)明所述的高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料
[0024]將LiH、LiBH4、L1、KC1、Si02按70:28:1:0.5:0.5混合均勻，在球磨罐內(nèi)球磨5小時(shí)，制得載氫燃料。燃料密度:0.782g/cm3，熱值:39.6MJ/L分解溫度:520 °C。
[0025]實(shí)施例2本發(fā)明所述的高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料
[0026]將LiH、K、TiCl按97:2:1混合均勻，在球磨罐內(nèi)球磨6小時(shí)，制得載氫燃料。燃料密度:0.793g/cm3，熱值:39.2MJ/L，分解溫度:680 °C。
[0027]實(shí)施例3本發(fā)明所述的高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料
[0028]將LiH、ZrH2、Pb、NaCl、Si02按75:20:2:0.5:2.5混合均勻，在球磨罐內(nèi)球磨5小時(shí)，制得載氫燃料。燃料密度:0.842g/cm3，熱值:40.3MJ/L，分解溫度:657 °C。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料，其特征在于，其主要組分為輕金屬氫化物或輕金屬氫化物與配位金屬氫化物的一種或多種混合物。2.如權(quán)利要求1所述一種高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料，其特征在于，其包含如下質(zhì)量百分含量的組分: 輕金屬氫化物:70?97%; 配位金屬氫化物:O?35 % ； 低熔點(diǎn)金屬:2?20%; 熔點(diǎn)、分解溫度調(diào)節(jié)劑:0.1?10 % ; 其它組分:0.5?3 %。3.如權(quán)利要求1或2所述的高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料，其特征在于，所述輕金屬氫化物為1^!1、41!13、]\%!12、21'!12、131()!116中的一種或多種。4.如權(quán)利要求1或2所述的高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料，其特征在于，所述配位金屬氫化物為L(zhǎng)iBH4、Mg(BH4)2、LiAlH4中的一種或多種。5.如權(quán)利要求1或2所述的高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料，其特征在于，所述的低熔點(diǎn)金屬為K、Na、L1、Be、Ga、Pb、Sn、Al中的一種或多種。6.如權(quán)利要求1或2所述的高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料，其特征在于，所述的熔點(diǎn)、分解溫度調(diào)節(jié)及為鈦、鎳、鈷、鉀、鈉的鹵化物的一種或多種。7.如權(quán)利要求1或2所述的高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料，其特征在于，所述的其它組分為二氧化娃。8.—種權(quán)利要求1或2所述的高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料制備方法，其特征在于，其包括如下步驟:在手套箱內(nèi)將各組分燃料混合均勻后，按一定球料比裝入球磨罐內(nèi)，在行星球磨機(jī)內(nèi)球磨一定時(shí)間后，制得高超聲速飛行器用吸熱型載氫燃料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超高聲速飛行器用吸熱型載氫燃料，屬于飛行器燃料領(lǐng)域。本發(fā)明所述的載氫燃料主要組分為輕金屬氫化物或輕金屬氫化物與配位金屬氫化物的一種或多種，所制備得到的載氫燃料密度高(ρ20℃≥0.75g/cm3)，熱沉值高(850℃有效熱沉值高于7.0MJ/kg)，絕熱燃溫高(≥3500K)，點(diǎn)火延遲時(shí)間短，可在超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)中快速組織燃燒。
【IPC分類】C01B3/00
【公開號(hào)】CN105565266
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510937809
【發(fā)明人】王芳, 李偉, 張文剛, 付曉夢(mèng), 王偉, 胡建江, 李磊
【申請(qǐng)人】湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月15日