一種燃料產品及其製備的製作方法
2023-12-11 01:25:32
本發明涉及一種燃料產品及其製備，尤其是涉及一種作為與過氧化氫發生自燃的航空航天發動機燃料產品及其製備。
背景技術：
液體火箭發動機的點火過程是火箭設計最為重要的問題之一。諸如液氧和煤油這樣的燃料為了燃燒需要外部的點火源，這往往要求有一單獨的點火系統，如小的固體裝藥、點火火炬，或像三乙基鋁、三乙基硼那樣的化學點火系統。但是，固體裝藥只能使用一次，因此在單個裝藥上不可能進行發動機再次點火，而火炬和化學點火系統增加了發動機的重量和複雜性，而且化學自燃流體的處理是有很大危險性的。
燃料的自燃特性是存在氧化劑的情況下而不需要外部點火源，燃料能自發著火的能力。在雙組元推進劑燃料發動機中，自燃的特性是相當有利的，可以大大簡化發動機設計，從而提高可靠性，並且易於實現多次起動。此外大多數自燃燃料在常溫下以液態存在，這樣燃料可長期貯存而無低溫推進劑的蒸發問題。
因此，地球可貯存自燃推進劑得到廣泛使用，如美國的大力神運載火箭、中國的長徵運載火箭、歐洲的阿里安iv運載火箭以及俄羅斯的質子號運載火箭等，而且太空梭和大多數衛星都將自燃推進劑用於軌道機動和位置保持。常用的自燃推進劑採用肼、偏二甲肼或一甲基肼作燃料，以及採用n2o4或硝酸作氧化劑。
儘管這些推進劑具有良好的性能(isp約300s)和長期使用的經歷，但它們全有一嚴重缺點，就是通過皮膚接觸和吸入有很高的毒性。這些化合物的製造、運輸和處理是一複雜和極昂貴的工藝過程。因此最希望研製出有幾乎與傳統自燃燃料同樣性能但無毒性的自燃推進劑。
現有的一些過氧化氫/煤油在內的若干地球可貯存和低溫推進劑性能的比較可如下表1所示。
表1
技術實現要素：
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種燃料產品及其製備。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
一種燃料產品，包括以下重量百分比的組分：掛式四氫雙環戊二烯20-80％，煤油2-60％，醇醚溶劑5-20％，四甲基氫氧化銨0.1～3％，金屬化合物0.1-3％，助劑0.1-1％。
優選的，所述的醇醚溶劑為異丙醇。
優選的，所述的金屬化合物為可與過氧化氫劇烈反應的錳、銅、銀等化合物中的至少一種。
優選的，所述的助劑包括緩蝕劑、抗靜電劑和抗水分劑等，其可以為本領域常用的緩蝕劑種類。
一種燃料產品的製備方法，包括以下步驟：
(1)分別取金屬化合物和四甲基氫氧化銨溶於醇醚溶劑中，配成金屬化合物溶液和四甲基氫氧化銨溶液；
(2)再將金屬化合物溶液和四甲基氫氧化銨溶液加入掛式四氫雙環戊二烯和煤油的混合物中；
(3)最後加入助劑，攪拌均勻，即得到所述燃料產品。
優選的，攪拌的工藝條件為：攪拌轉速為60-8000轉/分鐘，攪拌時間為10-200分鐘。
本發明中，四甲基氫氧化銨和金屬化合物中分別起到催化分解過氧化氫，自然點火的作用。而掛式四氫雙環戊二烯和煤油則起到作為燃料能源，提供燃燒能量的作用。
與現有技術相比，本發明的燃料產品具有高的密度比衝、低的冰點、點火延遲期短、可與過氧化氫重複自燃點火、腐蝕性小、常溫可儲存、可長期儲存、無毒或低毒、生產過程無廢液生成。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。
下述各實施例中所選用的緩蝕劑為本領域常用品種。金屬化合物為可與過氧化氫劇烈反應並溶於乙醇的錳、銅、銀等的有機化合物，可以是其中的一種，也可以是其中多種的混合。
實施例1
一種燃料產品，通過以下步驟製備而成：
(1)把0.1％金屬化合物溶於1％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(2)把3％四甲基氫氧化銨溶於9％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(3)把40％掛式四氫雙環戊二烯溶於46.8％煤油，攪拌均勻，充分混合；
(4)把金屬化合物溶液和四甲基氫氧化銨溶液加入掛式四氫雙環戊二烯和煤油的混合溶液中，攪拌均勻，充分混合；
(5)最後加入0.1％緩蝕劑等其他微量添加劑，攪拌均勻，充分混合。
所得燃料產品符合以下指標：密度比衝402s、冰點-50℃、點火延遲期28ms、無限次重複自燃點火、-50～80℃環境溫度可儲存等要求。
實施例2
一種燃料產品，通過以下步驟製備而成：
(1)把3％金屬化合物溶於9％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(2)把0.1％四甲基氫氧化銨溶於1％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(3)把80％掛式四氫雙環戊二烯溶於6.8％煤油，攪拌均勻，充分混合；
(4)把金屬化合物溶液和四甲基氫氧化銨溶液加入掛式四氫雙環戊二烯和煤油的混合溶液中，攪拌均勻，充分混合；
(5)最後加入0.1％緩蝕劑等其他微量添加劑，攪拌均勻，充分混合。
所得燃料產品符合以下指標：密度比衝399s、冰點-50℃、點火延遲期16ms、無限次重複自燃點火、-50～80℃環境溫度可儲存等要求。
實施例3
一種燃料產品，通過以下步驟製備而成：
(1)把0.5％金屬化合物溶於5％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(2)把1％四甲基氫氧化銨溶於5％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(3)把38.4％掛式四氫雙環戊二烯溶於50％煤油，攪拌均勻，充分混合；
(4)把金屬化合物溶液和四甲基氫氧化銨溶液加入掛式四氫雙環戊二烯和煤油的混合溶液中，攪拌均勻，充分混合；
(5)最後加入0.1％緩蝕劑等其他微量添加劑，攪拌均勻，充分混合。
所得燃料產品符合以下指標：密度比衝411s、冰點-50℃、點火延遲期20ms、無限次重複自燃點火、-50～80℃環境溫度可儲存等要求。
實施例4
一種燃料產品，通過以下步驟製備而成：
(1)把0.5％金屬化合物溶於10％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(2)把1％四甲基氫氧化銨溶於10％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(3)把20％掛式四氫雙環戊二烯溶於58.4％煤油，攪拌均勻，充分混合；
(4)把金屬化合物溶液和四甲基氫氧化銨溶液加入掛式四氫雙環戊二烯和煤油的混合溶液中，攪拌均勻，充分混合；
(5)最後加入0.1％緩蝕劑等其他微量添加劑，攪拌均勻，充分混合。
所得燃料產品符合以下指標：密度比衝406s、冰點-50℃、點火延遲期17ms、無限次重複自燃點火、-50～80℃環境溫度可儲存等要求。
實施例5
一種燃料產品，通過以下步驟製備而成：
(1)把1％金屬化合物溶於5％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(2)把0.5％四甲基氫氧化銨溶於5％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(3)把50％掛式四氫雙環戊二烯溶於38.4％煤油，攪拌均勻，充分混合；
(4)把金屬化合物溶液和四甲基氫氧化銨溶液加入掛式四氫雙環戊二烯和煤油的混合溶液中，攪拌均勻，充分混合；
(5)最後加入0.1％緩蝕劑等其他微量添加劑，攪拌均勻，充分混合。
所得燃料產品符合以下指標：密度比衝406s、冰點-50℃、點火延遲期17ms、無限次重複自燃點火、-50～80℃環境溫度可儲存等要求。
實施例6
一種燃料產品，通過以下步驟製備而成：
(1)把1.5％金屬化合物溶於5％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(2)把1.5％四甲基氫氧化銨溶於5％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(3)把70％掛式四氫雙環戊二烯溶於16.9％煤油，攪拌均勻，充分混合；
(4)把金屬化合物溶液和四甲基氫氧化銨溶液加入掛式四氫雙環戊二烯和煤油的混合溶液中，攪拌均勻，充分混合；
(5)最後加入0.1％緩蝕劑等其他微量添加劑，攪拌均勻，充分混合。
所得燃料產品符合以下指標：密度比衝402s、冰點-50℃、點火延遲期18ms、無限次重複自燃點火、-50～80℃環境溫度可儲存等要求。
實施例7
一種燃料產品，通過以下步驟製備而成：
(1)把0.5％金屬化合物溶於5％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(2)把0.5％四甲基氫氧化銨溶於5％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(3)把80％掛式四氫雙環戊二烯溶於8.9％煤油，攪拌均勻，充分混合；
(4)把金屬化合物溶液和四甲基氫氧化銨溶液加入掛式四氫雙環戊二烯和煤油的混合溶液中，攪拌均勻，充分混合；
(5)最後加入0.1％緩蝕劑等其他微量添加劑，攪拌均勻，充分混合。
所得燃料產品符合以下指標：密度比衝401s、冰點-50℃、點火延遲期22ms、無限次重複自燃點火、-50～80℃環境溫度可儲存等要求。
實施例8
一種燃料產品，通過以下步驟製備而成：
(1)把3％金屬化合物溶於10％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(2)把0.1％四甲基氫氧化銨溶於1％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(3)把35.8％掛式四氫雙環戊二烯溶於50％煤油，攪拌均勻，充分混合；
(4)把金屬化合物溶液和四甲基氫氧化銨溶液加入掛式四氫雙環戊二烯和煤油的混合溶液中，攪拌均勻，充分混合；
(5)最後加入0.1％緩蝕劑等其他微量添加劑，攪拌均勻，充分混合。
所得燃料產品符合以下指標：密度比衝410s、冰點-50℃、點火延遲期17ms、無限次重複自燃點火、-50～80℃環境溫度可儲存等要求。
實施例9
一種燃料產品，通過以下步驟製備而成：
(1)把1％金屬化合物溶於5％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(2)把1.5％四甲基氫氧化銨溶於10％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(3)把62.4％掛式四氫雙環戊二烯溶於20％煤油，攪拌均勻，充分混合；
(4)把金屬化合物溶液和四甲基氫氧化銨溶液加入掛式四氫雙環戊二烯和煤油的混合溶液中，攪拌均勻，充分混合；
(5)最後加入0.1％緩蝕劑等其他微量添加劑，攪拌均勻，充分混合。
所得燃料產品符合以下指標：密度比衝402s、冰點-50℃、點火延遲期18ms、無限次重複自燃點火、-50～80℃環境溫度可儲存等要求。
實施例10
一種燃料產品，通過以下步驟製備而成：
(1)把1％金屬化合物溶於5％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(2)把1.5％四甲基氫氧化銨溶於10％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(3)把80％掛式四氫雙環戊二烯溶於2.4％煤油，攪拌均勻，充分混合；
(4)把金屬化合物溶液和四甲基氫氧化銨溶液加入掛式四氫雙環戊二烯和煤油的混合溶液中，攪拌均勻，充分混合；
(5)最後加入0.1％緩蝕劑等其他微量添加劑，攪拌均勻，充分混合。
所得燃料產品符合以下指標：密度比衝400s、冰點-50℃、點火延遲期21ms、無限次重複自燃點火、-50～80℃環境溫度可儲存等要求。
對實施例1～10進行的試驗檢測得知：該燃料產品具有高的密度比衝、低冰點、點火延遲期短、可重複自燃點火，同時具有腐蝕性小、常溫可儲存、可長期儲存、屬於低毒產品、生產過程無廢液生成等優點，適用於使用過氧化氫為氧化劑的航空航天發動機。
實施例11
一種燃料產品，通過以下步驟製備而成：
(1)把3％的金屬化合物溶於2％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(2)把1.5％四甲基氫氧化銨溶於3％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(3)把31％掛式四氫雙環戊二烯溶於60％煤油，攪拌均勻，充分混合；
(4)把金屬化合物溶液和四甲基氫氧化銨溶液加入掛式四氫雙環戊二烯和煤油的混合溶液中，攪拌均勻，充分混合；
(5)最後加入1％緩蝕劑等其他微量添加劑，攪拌均勻，充分混合。
實施例12
一種燃料產品，通過以下步驟製備而成：
(1)把1％的金屬化合物溶於10％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(2)把1.5％四甲基氫氧化銨溶於10％異丙醇，攪拌均勻，充分混合；
(3)把75％掛式四氫雙環戊二烯溶於2％煤油，攪拌均勻，充分混合；
(4)把金屬化合物溶液和四甲基氫氧化銨溶液加入掛式四氫雙環戊二烯和煤油的混合溶液中，攪拌均勻，充分混合；
(5)最後加入0.5％緩蝕劑等其他微量添加劑，攪拌均勻，充分混合。
上述的對實施例的描述是為便於該技術領域的普通技術人員能理解和使用發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於上述實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明範疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。