一种高超声速飞行器用高吸热型燃料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高超声速飞行器用高吸热型燃料及制备方法，属于飞行器用燃料领域。组分包括吸热型液体碳氢燃料与金属氢化物。本发明专利技术包含如下质量百分含量的组分：吸热型液体碳氢燃料：55%~86%；金属氢化物：12%~40%；表面活性剂：0%~5%;其它功能添加剂：0%~2%。本发明专利技术所制备得到的高吸热型燃料密度高（ρ20℃ ≥ 0.780g/cm

A high endothermic fuel for hypersonic vehicle and its preparation method

The invention discloses a high heat absorbing type fuel for hypersonic vehicle and a preparation method, which belongs to the field of fuel for aircraft. The components include the endothermic liquid hydrocarbon fuel and the metal hydride. The invention comprises the following components: mass fraction of the mass: endothermic liquid hydrocarbon fuel: 55%~86%; metal hydride: 12%~40%; surfactant: 0%~5%; other functional additives: 0%~2%. The invention has high endothermic fuel density produced by the high temperature of 20 DEG C (P = 0.780g/cm

【技术实现步骤摘要】
一种高超声速飞行器用高吸热型燃料及制备方法
本专利技术属于一种高超声速飞行器用燃料。具体涉及的是一种高超声速飞行器主动冷却式超燃冲压发动机用吸热型燃料，属于飞行器燃料领域。
技术介绍
高超音速是指飞行速度大于5Ma，高超音速导弹与现役导弹相比具有以下优势：快速打击能力、极强突防能力、远程精确打击能力、强大目标毁伤能力。高超音速武器比现有非核武器具有更强的威力，可以执行多种作战任务(如攻击时敏目标、摧毁地下深处目标等)，具有同核武器一般的毁伤效果，但具有比核武器更灵活的作战应用和可信性。这种具有战略威慑作用的武器系统的出现，使常规武器达到慑战并举的效果。目前，美国、俄罗斯、法国等近十个国家均开展了该方面研究。飞行器高速飞行时，克服空气阻力而产生大量的热，由此产生的温度称为滞止温度。随着飞行速度的增加，粘性阻滞导致温度升高，使得热负荷成倍增加，超过已知结构材料的承受能力，飞行器的热管理问题成为高超声速飞行器发展过程中巫待解决的关键问题。采用机械致冷系统或非可燃冷却剂虽可有效冷却，但会增加了飞行器的负载，最便捷的冷却源是飞行器所携带的燃料，此时燃料承担冷却和推进的双重任务，是制约高超音速导弹发展的瓶颈。目前，高超声速武器所用燃料主要为吸热型碳氢燃料及液氢。液氢反应速度快、单位质量热值、热沉值高，且比热容随温度升高而增大，但液氢密度低，仅为0.071g/cm3，单位体积燃烧热值很低，约8.746MJ/L，会增加飞行器的设计重量，降低有效载荷；同时，液氢的制备成本高，安全性能差，对存储和运输的容器及管道材料要求苛刻，后勤成本需求高，而且存在低温保存和挥发问题，用于武器系统有重大缺陷。吸热型碳氢燃料在进入燃烧室燃烧前先在高温部件表面进行物理和化学反应,吸收大量无用以至有害的热量,自身部分分解为具有高热值的气体燃料,它所携带的这部分回收的能量最终在燃烧室中释放出来;一方面回收了摩擦所消耗的能量,提高了燃料能量密度,同时又降低了燃烧室壁和机身的温度,解决了材质选择的难题。吸热型碳氢燃料与液氢相比具有容易储存、携带，便于实际应用的优点，但冷却能力有限，且在高温下易结焦，从而影响发动机的正常工作，同时其化学反应速度慢(比氢慢了3∼5个数量级)、热值低(单位质量的热值只有氢的1/3)。主要表现为燃料有效热沉值不能满足高马赫数飞行器的热管理需求，燃料点火、燃烧性能有待提升，燃料工程应用难度大。高超声速武器发展目标为“更高、更快、更远”。研制出一种高热沉、高热值、在燃烧室内能快速反应的高吸热型燃料，以适应中远期临近空间推进需求迫在眉睫。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有吸热型燃料的上述不足，提供一种高能量、高密度、高热沉值、低结焦量、在燃烧室内能快速组织燃烧的高超声速飞行器用高吸热型燃料。本专利技术的目的还在于提供上述高超声速飞行器用高吸热型燃料的制备方法。本专利技术设计思想是在现有吸热型碳氢燃料中添加金属氢化物，利用金属氢化物的高热沉值提高燃料的吸热性能；利用金属氢化物固体颗粒提高燃料的传热性能；利用金属氢化物的高热值提高燃料的热值；利用金属氢化物高温裂解产物高活性金属、H2等提高燃料点火、燃烧性能；利用其它添加剂改善燃料的综合性能。从而使新型高吸热型燃料同时满足飞行器冷却及推进双重需求，简化飞行器设计结构，实现飞行器整体方案闭合。本专利技术的技术方案为：一种高超声速飞行器用高吸热型燃料，其组分包括吸热型液体碳氢燃料与金属氢化物。本专利技术包含如下质量百分含量的组分：吸热型液体碳氢燃料：55%~86%；金属氢化物：12%~40%；表面活性剂：0%~5%;其它功能添加剂：0%~2%。本专利技术所述吸热型液体碳氢燃料为石油精馏产品或人工合成烃类或两类组合物；所述石油精馏产品为烷烃、环烷烃组成的混合物，其中芳烃含量≤5%。本专利技术所述石油精馏产品为1号喷气燃料（RP-1）、2号喷气燃料（RP-2）、3号喷气燃料（RP-3）、4号喷气燃料（RP-4）、5号喷气燃料（RP-5）等喷气燃料中的一种或多种。本专利技术所述合成烃类燃料为挂式四氢双环戊二烯（JP-10）。本专利技术所述金属氢化物为LiH、AlH3、MgH2、ZrH2、B10H16、LiBH4、Mg(BH4)2、LiAlH4中的一种或多种。本专利技术所述的表面活性剂为十二烷基胺、十六烷基胺、石蜡、二烷基二硫代磷酸吡啶盐、十二烷基脂肪酸、十六烷基脂肪酸、N,N’-二乙基磺酸钠-N,N’-二脱氢枞基-a，w-二胺、十二烷基硫醇、十六烷基硫醇、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化胺、硬脂酸锂、软脂酸锂、硬脂酸钠、软脂酸钠中的一种或多种。本专利技术所述其它功能添加剂为抗氧剂、裂解引发剂中的一种或两种组合物。本专利技术所述抗氧剂为2,6-二叔丁基对甲酚；所述裂解引发剂为溴甲烷。本专利技术所述的高超声速飞行器用高吸热型燃料制备方法，包括二种情况：当需加入表面活性剂时，其制备方法为：将表面活性剂与1/3吸热型液体碳氢燃料配成充分混合配成溶液A，金属氢化物、其它功能添加剂与2/3吸热型液体碳氢燃料充分混合配成溶液B，在20℃~50℃下，惰性气体保护下，将溶液A缓慢滴加至溶液B中，滴加完后，再搅拌2-10小时，制成高超声速飞行器用高吸热型燃料；当不需要加入表面活性剂时，其制备方法为：在手套箱内，惰性气体保护下，将金属氢化物、吸热型液体碳氢燃料、其它功能添加剂（或不添加）按比例加入四口烧瓶，充分混合密封后，在超声仪中超声混合2~10小时，制成高超声速飞行器用高吸热型燃料。本专利技术所述的高超声速飞行器用高吸热型燃料与现有技术相比取得了预料不到的技术效果，其优点还在于：1）本专利技术所述的高超声速飞行器用高吸热型燃料热值高，热沉值高（750℃热沉值高于5.0MJ/kg），燃料高温裂解结焦量低，点火延迟时间短，可在超燃冲压发动机中快速组织燃烧。2）本专利技术所述的高超声速飞行器用高吸热型燃料与液氢相比，吸热型燃料具有密度高（ρ20℃≥0.780g/cm3），可常温贮存、成本低、便于实际应用等优势，用于高超声速武器可使武器机动性能更好，载荷一定时可增加射程或射程一定时增大有效载荷。3）本专利技术所述的高超声速飞行器用高吸热型料与吸热型碳氢燃料相比，燃料具有热值高（≥35MJ/Kg），热沉值高（750℃，有效热沉值高于5.0MJ/kg），点火延迟时间短，可在超燃冲压发动机中快速组织燃烧，可使武器飞行马赫数更高。具体实施方式以下通过具体实施例进一步说明本专利技术，但并不用以限定专利的保护范围。实施例1将0.50g十八烷基胺加入1.83gJP-10燃料中，充分混合溶解后形成溶液A，手套箱内，在四口烧瓶中加入4.00gLiBH4，3.67gJP-10充分混合后形成溶液B，氩气保护下，将溶液A逐滴滴加至溶液B中，滴加完后，再搅拌5小时充分均匀混合，制得高超声速飞行器用高吸热型燃料，燃料密度0.909g/cm3，体积热值38.1MJ/L。实施例2将0.25gN,N’-二乙基磺酸钠-N,N’-二脱氢枞基-a，w-二胺加入2.35gRP-3燃料中，充分混合溶解后形成溶液A，手套箱内，在四口烧瓶中加入2.60gLiH，4.70gRP-3充分混合均匀后形成溶液B，氩气保护下，将溶液A逐滴滴加至溶液B中，滴加完后，在混合液中加入0.10g2,6-二叔丁基对甲酚再搅拌8小时充分均匀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高超声速飞行器用高吸热型燃料，其特征在于:包括吸热型液体碳氢燃料与金属氢化物。

【技术特征摘要】
1.一种高超声速飞行器用高吸热型燃料，其特征在于:包括吸热型液体碳氢燃料与金属氢化物。2.如权利要求1所述一种高超声速飞行器用高吸热型燃料，其特征在于：其包含如下质量百分含量的组分：吸热型液体碳氢燃料：55%~86%；金属氢化物：12%~40%；表面活性剂：0%~5%;其它功能添加剂：0%~2%。3.如权利要求1或2所述的高超声速飞行器用高吸热型燃料，其特征在于：所述吸热型液体碳氢燃料为石油精馏产品或人工合成烃类或两类组合物；所述石油精馏产品为烷烃、环烷烃组成的混合物，其中芳烃含量≤5%。4.如权利要求4所述的高超声速飞行器用高吸热型燃料，其特征在于：所述石油精馏产品为1号喷气燃料（RP-1）、2号喷气燃料（RP-2）、3号喷气燃料（RP-3）、4号喷气燃料（RP-4）、5号喷气燃料（RP-5）中的一种或多种。5.如权利要求3所述的高超声速飞行器用高吸热型燃料，其特征在于：所述合成烃类燃料为挂式四氢双环戊二烯（JP-10）。6.如权利要求1或2所述的高超声速飞行器用高吸热型燃料，其特征在于：所述金属氢化物为LiH、AlH3、MgH2、ZrH2、B10H16、LiBH4、Mg(BH4)2、LiAlH4中的一种或多种。7.如权利要求1或2所述的高超声速飞行器用高吸热型燃料，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王芳，付晓梦，李伟，王伟，庞爱民，
申请(专利权)人：湖北航天化学技术研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42