[发明专利]一种高能量密度浆状燃料、制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种高能量密度浆状燃料、制备方法及应用，包括如下质量百分含量的组分：铝基‑金属氢化物复合燃料：3％～40％；高密度液体碳氢燃料：53.6％～96％；抗沉降剂：0.2％～2％；其他性能调节剂：余量；其中，铝基‑金属氢化物是将金属氢化物弥散分布于铝粉内部的复合材料。该高能量密度浆状燃料可作为发动机如冲压发动机或火箭发动机的燃料。本发明的高能量密度浆状燃料与现有液体燃料相比，具有密度高(ρ_20℃0.9g/cm³)、热值高(大于38MJ/kg)、能够快速点火、高效燃烧的特点；与现有浆状燃料相比，具有快速点火、高效燃烧、燃烧产物无残渣或残渣少的优势。

技术领域

本发明属于导弹武器用燃料技术领域，特别涉及一种高能量密度浆状燃料、制备方法及应用。

背景技术

燃料技术是航空航天武器发展的核心技术、基础技术，更是制约技术。液体碳氢燃料在航天推进领域占有重要地位，燃料性能(尤其是能量和密度)是决定飞行性能(包括航程、航速和有效载荷等)的关键之一。高性能飞行器的发展对燃料的推进能力提出了更高的要求，高密度燃料具有更大的质量密度和体积热值，可以在不增加燃料箱尺寸的情况下提供更多的能量，是低成本快速提高飞行性能的重要燃料。

向液体燃料中添加金属燃料既可以显著改善燃料燃烧性能，又可以显著增加能量密度。铝粉的熔点低，金属活性适中，贮存稳定性好，且耗氧量低，密度高，加上原材料丰富，成本较低，是理想的金属燃料，研究表明在液体燃料中加入一定比例的铝粉不仅可大幅度提高燃料密度比冲，同时可在一定程度上抑制燃料的不稳定燃烧。但在实际燃烧过程中，由于Al的熔点低(933K)、燃点高约为2300K(相当于Al₂O₃的燃点)，为使Al点火燃烧，必须提高点火温度，使其表面包裹的Al₂O₃硬壳熔化、膨胀、破碎，才能使纯Al暴露于炽热燃气中，形成气相燃烧火焰。铝粉易凝聚，燃烧不充分，残渣易沉积在发动机的内表面，不仅会降低燃烧效率，而且使发动机的有效载荷减少，严重时会导致飞行器发射失败。在发动机试验中，添加Al粉的碳氢燃料，其不完全燃烧和沉积现象非常显著。

而纳米Al粉虽然具有较高的燃烧效率，但是纳米铝粉由于具有特殊表面效应，使其处于高度活化状态，易与环境中的气体、液体分子发生交互作用，使得纳米铝粒子极易被氧化失活，使其表面覆盖2～6nm氧化铝薄层，活性铝含量会随粒径减小而大幅度下降，严重影响其能量性能。

因此，如何使添加铝粉的高密度浆状燃料既具有较高的能量性能，又具有较好的燃烧性能是本领域科研工作者需要解决的重点与难点。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种高能量密度浆状燃料及其制备方法，燃料具有密度大、能量高、点火、燃烧性能优异，燃烧产物残渣量少等特点，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种高能量密度浆状燃料，包括如下质量百分含量的组分：

铝基-金属氢化物复合燃料：3％～40％；

高密度液体碳氢燃料：53.6％～96％；

抗沉降剂：0.2％～2％；

其他性能调节剂：余量；

其中，铝基-金属氢化物是将金属氢化物弥散分布于铝粉内部的复合材料。

第二方面，一种高能量密度浆状燃料的制备方法，包括如下步骤：在混合机中按各组分配比加入高密度液体碳氢燃料、铝基-金属氢化物复合燃料、抗沉降剂、其他性能调节剂，常温下混合至均匀浆状，即得高能量密度浆状燃料。

第三方面，第一方面所述的高能量密度浆状燃料在作为发动机如冲压发动机或火箭发动机燃料方面的用途。