[发明专利]用于单组元推进剂或预混合双组元推进剂系统的分层多孔逆燃抑制元件

说明书

相关申请的参考

本申请要求对2009年7月7日提交的题为“Propulsion Systems andComponents Thereof”的美国临时专利申请No.61/223,611的优先权，将其全部内容结合于此供参考。而且，本申请涉及2007年12月4日提交的题为“Spark-Integrated Propellant Injector Head With Flashback Barrier”的美国专利申请No.11/950,174和2009年12月8是提交的题为“RegenerativelyCooled Porous Media Jacket”的美国专利申请No.12/633,770。而且，本申请涉及均于2010年7月7日提交的题为″Detonation Wave Arrestor″的美国专利申请No.12/831,703(案号488-011-USP2)、题为“Flashback Shut-off”的美国专利申请No.12/831,767(案号488-011-USP3)、和题为“AluminumPorous Media”的美国专利申请No.12/831,824(案号488-011-USP4)，将它们也具体地结合于此供参考。

背景技术

本文披露了烧结金属或其他材料的可变密度或分层多孔(层状有孔的，tiered porosity)微流体多孔介质结构的材料，以及制备它们的方法。虽然微流体材料可以用于过滤器、热交换器、催化剂床、和轻质结构材料，但发现所披露的分层多孔材料和用于制备这些所披露材料的相应方法特别适用于火箭推进系统的部件，如喷射头、逆燃制止器(反燃制止器或回火制止器，flashback arrestor)和断流阀(闭锁阀或切断阀，shut-off valve)、以及在其他工作系统中的类似部件，其中必须将易爆震流体推进剂(爆轰流体推进剂，detonation-susceptible fluid propellant)或这样的高能材料安全地从储存容器供给到化学反应室、燃烧室等，在那里由得到的反应热获得功(work)。

一般而言，能够实现逆燃制止元件的功提取循环(work extractingcycle)可以包括但不限于燃气涡轮循环(例如，布雷顿类似循环(Braytonsimilar cycle))、奥托循环(Otto cycle)、狄塞尔循环(diesel cycle)、和燃烧产物的恒压膨胀(例如，类似于气动机)。因此，应该理解，本文中描述的材料、装置、以及方法，除了火箭推进以外，还可以具有其他应用。

单组元推进剂(单组分推进剂，monopropellant)是充当燃料和氧化剂二者的单一液体。在有适当催化剂存在的条件下，在引入高能火花、或引入类似的点源点火装置以后，单组元推进剂分解成热气。单组元推进剂，例如，可以用于液体推进剂火箭发动机。单组元推进剂的一个常见实例是肼，其经常用于航天器姿态控制喷射器。另一个实例是HAN(羟基硝酸铵)。

推进剂的另一种形式称作双组元推进剂(二元推进剂，bipropellant)，其由通常分开储存的两种物质构成：燃料和氧化剂。每当采用燃烧过程时，燃烧组分的预混合可以是期望的。可以获益自燃烧之前的预混合的燃料的实例包括但不限于天然气、汽油、柴油、煤油、乙烷、乙烯、乙醇、甲醇、甲烷、乙炔、以及硝基甲烷。可以与所述燃料预混合的氧化剂的实例包括但不限于空气、氧气/惰性气体混合物、氧气、一氧化二氮、以及过氧化氢。燃料组分与氧化组分可以以许多不同比例进行混合以制备预混合的双组元推进剂，并由此获得所期望的燃烧反应。本文描述的逆燃制止元件特别与其中在进入燃烧室之前混合这些燃烧组分的任意情形相关。

化学反应的单组元推进剂以及预混合的双组元推进剂包含通过热分解和/或燃烧而释放化学能的成分。该化学能释放通过在化学反应室(其中发生大多数的化学能释放)内设计的机构来引发。通常，这种引发机构整合在化学反应室的喷射头的附近。

爆燃(deflagration)是燃烧的常见形式，其中火焰速度以小于音速的速度传播。爆燃燃烧通常伴随低压力。然而，封闭式或加压燃烧可以导致更强大的爆震(爆轰，detonation)现象。

爆震是一种特点在于超音速火焰前峰(火焰前缘，flame front)传播的现象。通常伴随爆震波的是压力/温度峰和冲击波。物理学和相应的反应现象充分地不同于爆燃以保证单独的称呼和分析。前述条件可以导致包含巨大力量的短暂现象，这可以用于破坏性或精心控制的建设性目的。