[发明专利]一种自燃液体推进剂组合物

说明书

技术领域

本发明属于自燃液体推进剂领域。

背景技术

双组元液体推进剂是广泛使用的火箭液体推进剂,通常是由液体氧化剂和液体燃料构成，它们一般分开贮备，在进入火箭发动机燃烧室的时候进行混合燃烧并提供推力。双组元推进剂按照点火方式可以分为自燃推进剂和非自燃推进剂。氧化剂和燃料进入火箭发动机燃烧室时能迅速自动着火的双组元推进剂，称为自燃推进剂。例如，红烟硝酸与偏二甲肼、四氧化二氮与偏二甲肼、四氧化二氮与甲基肼的组合物等都属于自燃推进剂。氧化剂与燃料进入火箭发动机燃烧室时不能自动着火而需要辅助点火装置点火才能燃烧的双组元推进剂，称为非自燃推进剂。例如，液氧与液氢、液氧与煤油、红烟硝酸与一些碳氢燃料的组合物都属于非自燃推进剂。自燃推进剂不需要额外的点火源，使用自燃推进剂的发动机系统可靠性高、结构简单。因此，自燃推进剂广泛应用于运载火箭、卫星及飞船等航天飞行器的火箭发动机。

如上所述，目前常用的自燃推进剂中的氧化剂有硝酸和四氧化二氮，能与硝酸和四氧化二氮自燃的燃料多数都是肼类化合物，例如偏二甲肼、一甲肼、混肼等，其中偏二甲肼与四氧化二氮的组合物是使用最多的自燃推进剂。但是，肼类化合物存在以下缺点：剧毒、腐蚀性强、着火爆炸危险性高，一旦泄露则会造成严重的人员伤害和环境污染。

因此，人们一直在努力研究新的自燃推进剂，重点是开发新的能与硝酸、四氧化二氮或过氧化氢自燃的燃料。例如，期刊论文Experimental Study on Hypergolic Interaction between N,N,N',N'-Tetramethylethylenediamine and Nitric Acid，Energy Fuels2010,24,5320–5330公开了以四甲基二乙基氨为燃料、发烟硝酸为氧化剂的自燃推进剂；期刊论文Green Bipropellants:Hydrogen-Rich Ionic Liquids that Are Hypergolic with Hydrogen Peroxide，Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,5886–5888公开了含有四个硼氢化钠结构的离子液体，能够与过氧化氢或四氧化二氮自燃。

除了肼类化合物外，已经报道的自燃推进剂中的燃料大都是叠氮类物质或高反应性氢化物(例如硼氢化钠)。与肼类化合物相比，这类化合物的毒性有所降低，而且能量有所提高，但是依然存在危险性高的问题，例如，期刊论文Green Bipropellants:Hydrogen-Rich Ionic Liquids that Are Hypergolic with Hydrogen Peroxide，Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,5886–5888公开的自燃燃料遇空气就立刻燃烧，必须在惰性气体中密封保存，这给燃料的生产、运输和储存带来很多困难。

因此，人们希望能有一种毒性更低且可以在常温下运输和贮存的更安全的自燃液体推进剂组合物。

本发明提供了这样的自燃液体推进剂组合物。

发明内容

第一方面，本发明提供了一种自燃液体推进剂组合物，包括以下分开存放的组分：

四环庚烷

液体氧化剂，其选自硝酸、四氧化二氮或过氧化氢。

当使用时，将上述分开存放的两种组分在发动机燃烧室混合，即能自燃燃烧。

其中，所述硝酸为发烟硝酸或红烟硝酸。其中发烟硝酸是指硝酸浓度为86％～100％的硝酸，由于强烈的挥发性，不断地有气体从溶液中向外逸出，就像有烟冒出一样，故称为发烟硝酸。其中红烟硝酸是指其中又溶解有四氧化二氮的发烟硝酸，因四氧化二氮不断地从中逸出，形成红色烟雾，故称为红烟硝酸。发烟硝酸和红烟硝酸都具有强氧化性。

第二方面，本发明提供了一种自燃液体推进剂组合物，包括以下分开存放的组分：

包含四环庚烷的液体烃类燃料

液体氧化剂，其选自硝酸、四氧化二氮、过氧化氢。

当使用时，将上述分开存放的两种组分在发动机燃烧室混合，即能自燃燃烧。

其中，所述硝酸为红烟硝酸或发烟硝酸。