[科普中国]-液体火箭推进剂

简介

火箭推进剂是为火箭发动机提供能源和工质的物质。火箭推进剂在发动机中通过燃烧与分解，释放化学能并转化为能够产生推力的工作物质（简称工质）。液体推进剂通常包括燃料、氧化剂。燃料是燃烧时起还原作用的并释放能量的物质。氧化剂（又称助燃剂）是燃烧时起氧化作用的物质。火箭用液体燃料主要有液氢、肼、甲基肼、偏二甲肼、煤油、酒精等，液体氧化剂主要有液氧、四氧化二氮、过氧化氢、硝酸等。2

液体火箭推进剂进入火箭推力室后，燃烧、热分解或催化分解，形成高温气体产物，以极高速度从喷管喷出，产生推力。液体推进剂具有比冲较高、推力大、能多次重复启动和停运等特点，已广泛用于空间运载火箭、鱼雷及战略导弹等。2

飞行器对液体火箭推进剂的基本要求能量特性要求

为了使火箭具有高的能量特性，要求推进剂比冲量大，体现在燃烧热值高，燃烧温度高，燃烧产物分子量小、比热容大或比热比小，燃烧产物凝聚相成分少等。

使用性能要求：

1、可作为冷却剂。至少有一种组元作为冷却剂，吸热能力、传热能力和热稳定性要好，即沸点和分解温度高，气化热、比热容和导热系数都要最大。

2、输送、雾化性能好。黏度小，表面张力小，沸点高，冰点低。这样在使用时流阻和喷嘴压降小，易喷射、雾化和混合，有利于提高发动机燃烧效率，有利于运输与贮存以及在恶劣的环境下使用安全方便。

3、密度大且密度随温度的变化要小。

4、燃烧性能好。着火温度低，着火延迟时间短，饱和蒸气压较低，易挥发。这样可以提高发动机起动过程的平稳性，起动迅速。

5、安定性好、爆炸危险性小。推进剂本身及燃烧产物毒性小，自燃温度高，抗机械冲击、振动的稳定性好，爆炸极限窄，与材料的相容性好。

使用、生产性能要求。容易生产、价格低廉。2

液体火箭推进剂分类（1）按组元数可分为单组元、双组元和多组元

单组元液体推进剂是单一液体化学物质或几种液体化学物质混合物，在一定的条件下能够通过自身分解或燃烧。如无水肼（N2H4）、高浓度过氧化氢（H2O2）、硝酸异丙酯，以及由无水肼与硝酸肼及水等组成的单推-2（DT-2），单推-3（DT-3）等。由于单组元推进剂能够简化推进剂供应系统，并且能够催化分解而发生自燃，使推进系统的结构和控制系统比较简单，由此在航天器推进系统中得到广泛应用。单组元液体推进剂种类很多，使用较多的有肼和过氧化氢。过氧化氢在美国、俄罗斯和我国的航天器上都采用过。

双组元液体推进剂是分别贮存的液体氧化剂和液体燃料组合成的推进剂，如四氧化二氮/偏二甲肼、液氧/煤油、液氧/酒精、过氧化氢/煤油、红烟硝酸/油肼等组合。

多组元液体推进剂是由多于2种化合物组成的推进剂，如液氧/液氢/碳氢化合物、液氧/液氢/氢化锂、液氟/液氢/锂等。

（2）按推进剂着火燃烧特性，分为自燃液体推进剂和非自燃液体推进剂。

自燃液体推进剂是简单混合后不需要外加能源能自动着火燃烧的推进剂，如四氧化二氮/偏二甲肼、硝酸-27S/偏二甲肼、硝酸-20S/混胺-02等。

非自燃液体推进剂是简单混合后需要外加能源才能着火燃烧的推进剂。如液氧/酒精、液氧/煤油、液氧/液氢、过氧化氢/煤油等。

（3）按贮存性能，分为可贮存液体推进剂、不可贮存液体推进剂和低温推进剂。

可贮存液体推进剂是在使用环境条件下可长期贮存的推进剂。不可贮存液体推进剂是在使用环境条件下不可长期贮存的推进剂。低温推进剂是在标准大气压下沸点低于200K，临界温度低于223K，只能在低温下才能保持为液态的推进剂，如液氧、液氢等。2