本文關(guān)鍵詞： 推進(jìn)劑燃料 自燃性 離子液體 肼 硼烷　出處：《中國工程物理研究院》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：在航空航天及國防領(lǐng)域,推進(jìn)劑是火箭動力系統(tǒng)中關(guān)鍵材料之一。當(dāng)前世界各國仍普遍使用肼及其甲基化衍生物作為自燃型液體推進(jìn)劑的燃料。然而肼類化合物具有高揮發(fā)、劇毒和強(qiáng)致癌性,對環(huán)境和人體健康十分有害,從而大大增加了其運(yùn)輸和儲存成本。因此,開發(fā)新型的高能低毒推進(jìn)劑燃料代替現(xiàn)有的肼類燃料已成為未來火箭推進(jìn)劑的重要發(fā)展方向之一。本文開發(fā)了四類自燃型液體推進(jìn)劑燃料,并對它們的物化性質(zhì)和點(diǎn)火性能進(jìn)行了深入研究。第一部分,設(shè)計合成了一類基于不對稱硼摀離子的自燃離子液體,完成了結(jié)構(gòu)表征,并詳細(xì)測試和研究了它們的熱性質(zhì)、粘度、比沖、燃燒熱和點(diǎn)火性能等。研究結(jié)果表明在離子液體陽離子上引入強(qiáng)還原性B-H鍵后,能明顯降低離子液體的點(diǎn)火延遲時間；與對稱的雙咪唑硼摀離子相比,不對稱咪唑-胺硼摀的離子液體具有更低的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度,更短的點(diǎn)火延遲時間和更高的密度。第二部分,設(shè)計合成了一類基于有機(jī)超強(qiáng)堿的自燃離子液體,完成了結(jié)構(gòu)表征,并詳細(xì)測試和研究了它們的熱性質(zhì)、密度、粘度、比沖、燃燒熱和點(diǎn)火性能。結(jié)果表明,基于有機(jī)超強(qiáng)堿如DBN和DBU的陽離子可以顯著提高自燃離子液體的熱穩(wěn)定性。有機(jī)超強(qiáng)堿結(jié)構(gòu)中沒有化學(xué)活潑的H原子可能是其熱穩(wěn)定性顯著提高的原因,這對發(fā)展新型高熱穩(wěn)定性自燃離子液體具有指導(dǎo)與借鑒意義。第三部分,設(shè)計合成了一類內(nèi)鹽型化合物,確定了它們的分子結(jié)構(gòu),并詳細(xì)測試和研究了它們的熱性質(zhì)、粘度、能量、燃燒熱、點(diǎn)火性能。研究結(jié)果表明,這類內(nèi)鹽類化合物具有優(yōu)異的水穩(wěn)定性,即使在水中放置一個月,也沒有觀察到明顯的化學(xué)分解,且此類化合物具有很短的點(diǎn)火延遲時間,最短可達(dá)2 ms。第四部分,設(shè)計合成了一類咪唑硼烷絡(luò)合物,確定了它們的分子結(jié)構(gòu),并詳細(xì)測試和研究了它們的物化性能和點(diǎn)火性能。在新合成方法中,不需要使用劇毒且危險的硼烷,而使用便宜易得的硼氫化鈉與烷基咪唑,通過一步反應(yīng)得到咪唑硼烷絡(luò)合物。這類化合物合成簡單,成本低,適宜大規(guī)模合成,且具有良好的自燃點(diǎn)火性能,為發(fā)展低成本的綠色液體推進(jìn)劑燃料提供了借鑒。上述研究為發(fā)展新型綠色液體推進(jìn)劑及其應(yīng)用提供了重要參考。
[Abstract]:In the field of aerospace and national defense, propellant is one of the key materials in rocket power system. Currently, hydrazine and its methylation derivatives are still widely used in the world as fuel for self-ignition liquid propellant. However, hydrazine compounds are highly volatile. Highly toxic and highly carcinogenic, very harmful to the environment and human health, thereby significantly increasing their transport and storage costs... The development of new high-energy and low-toxic propellant fuels to replace the existing hydrazine fuels has become one of the important development directions of rocket propellants in the future. In this paper, four kinds of spontaneous combustion liquid propellant fuels have been developed. The physical and chemical properties and ignition properties of these liquids were studied in detail. In the first part, a class of self-ignition ionic liquids based on asymmetric boron burying ions was designed and synthesized, and their structure was characterized, and their thermal properties were tested and studied in detail. Viscosity, specific impulse, combustion heat and ignition performance. The results show that the ignition delay time of ionic liquid can be significantly reduced by introducing strong reductive B-H bond to ionic liquid cationic, and compared with symmetrical bisimidazole boron mulching ion, Ionic liquids with asymmetric imidazole-amine-boron cover have lower glass state transition temperature, shorter ignition delay time and higher density. In the second part, a class of spontaneous combustion ionic liquids based on organic super alkali is designed and synthesized. The structure was characterized, and their thermal properties, density, viscosity, specific impulse, combustion heat and ignition properties were tested and studied in detail. Cations based on organic super bases such as DBN and DBU can significantly improve the thermal stability of spontaneous combustion ionic liquids. The absence of chemically active H atoms in the structure of organic super bases may be the reason for the significant increase in thermal stability. This is of great significance for the development of new high thermal stability spontaneous combustion ionic liquids. In the third part, a class of inner salt compounds are designed and synthesized, their molecular structures are determined, and their thermal properties and viscosity are tested and studied in detail. Energy, heat of combustion, ignition properties. The results show that this kind of internal salts have excellent water stability, even if they are kept in water for a month, no apparent chemical decomposition is observed. And this kind of compound has very short ignition delay time and the shortest time can be up to 2 Ms. 4th. A class of imidazole borane complexes are designed and synthesized, and their molecular structures are determined. Their physicochemical properties and ignition properties were tested and studied in detail. In the new synthesis method, it is not necessary to use highly toxic and dangerous borane, but to use cheap and readily available sodium borohydride and alkyl imidazole. The imidazole borane complex was synthesized by one step reaction. It is simple in synthesis, low in cost, suitable for large-scale synthesis, and has good spontaneous ignition property. This study provides an important reference for the development of new green liquid propellant and its application.
【學(xué)位授予單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V511

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本文編號：1536741