凝膠推進劑及其流變特性研究進展

推進劑是航空航天領域重要的研究內容之一,為國防力量的發展提供了重要動力源保障。目前,我國已具備了世界一流的運載火箭設計和清潔推進劑開發與使用的發展水準

。推進劑的發展方向需以燃燒性能為主要要求,如高能量密度、高比沖等,同時需要兼顧安全性及其他特殊要求,如低特征信號

等。常規推進劑常分為固體推進劑和液體推進劑,固體推進劑的優點是安全系數高,但是其含能較低,燃料加注難度大,其預編程式燃燒模式導致推力調節相對困難

。與之相比,液體推進劑整體比沖優異、易加注且推力可調,但是液體推進劑極易在儲存和加注過程中泄露,引發腐蝕、中毒、燃爆等重大安全事故

。因此,研究者們嘗試了諸多方法以提高推進劑的使用安全性,其中將液體推進劑進行凝膠化處理是目前重要的發展方向之一,有助于建立安全、有效且可調節的推進系統(圖1)

。

凝膠燃料是通過膠凝劑、含能顆粒、表面活性劑及助劑等使液體燃料凝膠化

,儲藏時為表面“鈍感”穩定的固體形態,在加壓或剪切時轉變成液體性質,實現快速霧化和燃燒

。凝膠推進劑的主要優點包括兩個方面:首先是安全性較好,能夠避免加注時的泄露,減少蒸發,具有沖擊和摩擦鈍感特性,可大大降低意外點火和燃燒失控風險;另一方面是較優的能量表現,含能顆粒沉降被有效改善,能量管理相對簡單,有助于獲得更高的比沖和能量密度,具有性能優異且安全可靠的發展前景