[发明专利]固冲发动机含硼固体推进剂及Bi2O3的应用

说明书

技术领域

本发明涉及燃料添加剂领域。具体地说涉及固冲发动机含硼固体推进剂。

背景技术

由于硼具有高质量热值、高体积热值、两相流损失小、燃烧分散性好、喷管喉部沉积少、喷射效率高等优异性能，使得含硼贫氧推进剂成为固体火箭冲压发动机的首选燃料。但硼的熔点和沸点较高，难以熔化和气化，同时硼粒子表面包裹着一层难以挥发的致密氧化膜，阻碍氧气与硼内核接触，导致硼在实际应用中存在点火困难，点火温度高，点火延迟时间长等问题。因此，寻找促进硼粒子点火的方法对于含硼推进剂以及固冲发动机的发展与应用有着重要的意义，而加入合适的添加剂是解决上述问题的有效途径。

目前常用的促进硼点火的添加剂有镁、铝等金属和LiF、TMP(三羟甲基丙烷)等化合物。其中镁、铝等金属主要起引燃的作用，可先于硼着火并产生大量热量，提高周围环境温度，促进硼的着火。但为了有效的降低硼粒子着火温度，需要较多的金属添加剂(一般不少于硼质量的20％)，这样会降低整个含硼推进剂的潜在热值。同时金属添加剂会消耗一定量的氧气，从而降低含硼贫氧推进剂的有效含氧量，不利于推进剂的燃尽。LiF、TMP等添加剂可与B₂O₃发生反应，去除硼粒子表面的氧化膜，促进硼粒子的着火。但它们使用时需要经过包覆程序，工艺较复杂且包覆的均匀性和完整性还有待提高。同时LiF等一些包覆材料与B₂O₃反应的生成物有一定毒性，会对环境造成一定污染。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，利用催化理论改变硼点火时的反应途径，提供一种促进硼粒子点火和燃烧用高效环保添加剂。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种固冲发动机含硼固体推进剂，该固体推进剂由质量比为1∶10～100的Bi₂O₃粉末与硼粉机械掺混而成；其中，Bi₂O₃粉末是粒径为10～500μm的颗粒。

作为优选的方案，该固体推进剂由质量比为12∶0的Bi₂O₃粉末与硼粉机械掺混而成。Bi₂O₃掺混比例越高，促进含硼推进剂点火和燃烧的效果越好。但掺混比例在1:20以后，促进效果变缓。因此，推荐掺混比例在1:20，此比例下可使硼粉着火温度降低15.2％，热反应转化率有所提高。

作为优选的方案，所述Bi₂O₃粉末是粒径为10～75μm的颗粒。粒度变细有利于含硼推进剂着火和燃烧性能的改善，但在75μm以下效果相差不大，当粒径大于75μm时，改善效果变缓。因此，推荐Bi₂O₃的粒度在75μm以下为佳。

本发明进一步提供了Bi₂O₃作为促进硼粒子点火和燃烧的添加剂的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于是：所需添加剂的量较小(仅为硼粉质量的1％-10％)，与硼粉的混合方式简单，不消耗含硼贫氧推进剂中的氧，添加剂本身高效、环保。

附图说明

图1原始硼粉和硼+Bi₂O₃样品的TG-DSC曲线。

图中：曲线1为单纯硼粉的热重曲线；曲线2为单纯硼粉的差示扫描量热曲线；曲线3为单纯硼粉的热重曲线；曲线4为单纯硼粉的差示扫描量热曲线；

具体实施方式

1、具体实施例

表1为具体实施例的数据，有关点火试验在NETZSCH STA449F3型热天平(包括TGA和DSC)上进行，加热速率为20℃/min，实验气氛为空气，流量为40ml/min。实验中，同时使用TGA和DSC方法确定样品的点火温度。

表1添加比例和粒径对硼样品点火和燃烧性能改善实验