葉丹陽，曹新發(fā)，韋 偉

（中國航天科技集團公司四院四十二所，湖北 襄陽441003）

0 引言

高密度張力環(huán)籠型碳氫化合物是高密度吸熱碳氫的一種，它們的分子由碳、氫兩種元素組成，具有高的正生成熱和遠高于普通碳氫化合物的密度值（ρ≥1 g/cm3）。由于在合成過程中通過拉緊C-H鍵角至90°或60°，使化合物具有立方烷或四面體的結構，從而向化合物中引入張力能量，使其具有更高的燃燒熱值。在這類分子中一旦某一個鍵被打破，整個分子就很快破碎而釋放出很大的能量。

這類高張力烴類化合物主要是一些立方烷、二氫盆式苯衍生物和烷烴二聚體等，不但可作為固體火箭沖壓發(fā)動機富燃料推進劑的高能添加劑，而且因其能溶于碳氫化合物，可望推廣應用于液體燃料沖壓發(fā)動機的碳氫燃料和吸熱碳氫燃料，賦予這些碳氫燃料優(yōu)異的能量性能和點火燃燒性能。

某新型固體碳氫化合物HD-2是高密度張力環(huán)籠型碳氫化合物中具有應用潛力的一種，可以在航空煤油（RP-3）中大量溶解，并形成穩(wěn)定溶液，增加燃料的熱值。本文對HD-2與RP-3的復配燃料的性能進行了研究。

1 實驗

1.1 實驗裝置及說明

在西北工業(yè)大學固體火箭發(fā)動機燃燒、內流場與熱結構國防科技重點實驗室進行了火箭－沖壓組合發(fā)動機 (RBCC)航空煤油點火燃燒性能實驗。實驗數(shù)據(jù)中壓強測試點的位置在第一個噴注凹腔后的第一個測壓點（P15測點，見圖1），該點測試壓強數(shù)據(jù)變化能夠表征點火凹腔內的燃料的燃燒性能。

1.2 復配燃料基本性能測試

本節(jié)研究添加不同配比HD-2的RP-3燃料復配燃料的各項使用性能，并由此選擇使用性能最好的配比濃度。

如圖2、圖3所示，隨著HD-2含量的增加，復配燃料的密度成正比例增加，粘度成指數(shù)函數(shù)增加；圖4表明，隨著HD-2含量的增加，復配燃料的閃點升高，燃料的穩(wěn)定性增強；圖5的線性關系曲線說明，增加HD-2含量，復配燃料的燃燒熱值成正比例增加。

通過以上多種性能測試實驗，測定了添加不同質量分數(shù)HD-2的RP-3燃料的性能，HD-2加入RP-3燃料中可使燃料的密度和體積熱值進一步提高，閃點略有升高，密度和單位體積燃燒熱隨HD-2含量的增加而增大，HD-2含量達50%時，密度和單位體積燃燒熱分別增加40%和12.1%，即使HD-2的含量達50%時，復配燃料仍為流動性較好的液體，滿足火箭對液體燃料的性能要求，由此證明HD-2是一種有較好應用前景的高密度燃料配方，以其為基本組分的復配燃料將會有廣泛的應用。

1.3 HD-2和RP-3復配燃料燃燒實驗

表1 燃燒實驗條件Tab.1 Conditions of combustion experiment

在本測試中，實驗初始條件見表1，其中燃料的燃燒性能通過氣體壓強的變化來判定。通過以上實驗數(shù)據(jù)可以看出，作為點火用的乙烯的進氣量發(fā)生改變時，復配后的液體燃料在燃燒過程中不會出現(xiàn)燃燒熄滅或燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象，壓強的變化見圖6、圖7和圖8。在相同條件下，當航煤燃燒時，4～6 s出現(xiàn)熄火；含10%的復配燃料燃燒時，4～5 s出現(xiàn)熄火，后續(xù)燃燒正常；含15%的復配燃料燃燒時，未出現(xiàn)熄火現(xiàn)象，燃燒持續(xù)正常。以上測試表明：加入HD-2后，6～8 s間壓強變化的穩(wěn)定性有明顯的改善。通過燃燒壓強與推力的計算，表明：隨著HD-2含量的增加，推力也增加，從而進一步證實在燃燒過程中，含有張力環(huán)結構的化合物對燃料燃燒能量有巨大的貢獻。

在HD-2這類高密度碳氫化合物分子中，一旦某一個鍵被打破，整個分子就很快破碎并釋放出很大的能量。所以當復配燃料進入燃燒室后，其中的HD-2化合物分子迅速裂解為小分子產(chǎn)物，快速燃燒，釋放能量，從而提高了燃料的燃燒效率和系統(tǒng)的整體推力。

2 結論

由復配燃料的基本性能測試和點火燃燒實驗結果表明，高密度碳氫化合物HD-2在RP-3燃料中相容性很好，復配后燃料的熱值、點火燃燒性能和推力性能均得到明顯提高。因此，HD-2系列的航煤燃料可作為亞燃和超燃沖壓發(fā)動機的基礎燃料配方，具有廣闊的應用前景。

致謝：感謝西北工業(yè)大學固體火箭發(fā)動機燃燒、內流場與熱結構國防科技重點實驗室提供燃燒實驗設備。

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