[科普中国]-液体推进剂-

组成

液体推进剂包括液体氧化剂和液体燃料。

常见液体氧化剂有：

(1)液氧（LO）；最常见，易蒸发；

(2)液氟：比重大，毒性大；

(3) 四氧化二氮（NTO,N2O4):有毒性，易蒸发；

(4) 硝酸（HNO3,红烟硝酸，较少使用）、过氧化氢（H2O2,不再用，因为贮存稳定性差，易分解）。

常见液体燃料有以下几种：

(1) 碳氧燃料（汽油、煤油、柴油、航空燃油、RP-1和甲烷等烃类）：主要缺点是容易产生积碳·RP-1是一种类似汽油的石油精炼产品，特别适于火箭发动机；3

(2) 液氢（LH):清洁燃料，成本高；

(3) 混胺燃料：由不同比例的脂肪胺或芳香胺组成，如各50%质量的三乙胺和二甲代苯胺组成的混胺燃料（国外称冬卡-250)，其缺点是容易吸湿而报废.现在很少使用；

(4)肼（N2H4）,偏二甲肼（UDMH)，甲基肼（MMH) 常统称为三肼：可贮存，能量高。为保持肼、偏二甲肼、甲基肼各自的优点，克服其缺点，常将其中任意两种按一定比例混合.组成混肼燃料.如质量各为50%的肼和偏二甲肼组成的燃料称为混肼-50。3

分类按照液体推进剂本身的用途，可分为主推进剂、启动推进剂和辅助推进剂；按照推进剂所包含的基本组元数目，可分为单组元、双组元和三组元推进剂。

单组元液体推进剂可以是具有氧化性和还原性物质的混合物，也可以是单一的化合物，这种单一的化合物在其分解时可以伴随着释放热量并汽化。火箭发动机单组元液体推进剂在自然条件和控制环境下必须是稳定的，且当加压、加热或经过催化剂时，能够产生热的燃烧气体或分解气体。通常单组元液体推进剂发动机系统具有结构简单的优越性；但遗憾的是，大多数实用的单组元液体推进剂（如过氧化氢）的性能都较低，因此主要用于火箭发动机系统中的副能源，例如涡轮泵的气体发生器和辅助动力传动，以及用于姿态和滚动控制用的喷气源。也有一些性能高的单组元液体推进剂，但它们的稳定性较差，如硝基甲烷，故在火箭上应用是不安全的。1

双组元液体推进剂发动机系统采用两种不同的推进剂组元，通常一种为氧化剂，一种为燃料。单独的贮箱分别贮存氧化剂和燃料。氧化剂和燃料一直到它们进入燃烧室之前，始终是不混合的。现代液体推进剂火箭发动机几乎无一例外地采用双组元推进剂，这是因为它们的性能较高，同时双组元推进剂比较安全和便于调节。

三组元推进剂是指在液态燃料中加入少量高燃烧热的金属粉末，如铝、镁、铍、锂等，这样，与氧化剂一起组成三个组元；也有采用液氧/煤油/液氢的三组元方案。理论上讲，三组元推进剂能得到化学推进剂中的最高比冲。

根据氧化剂和燃料直接接触时的化学反应能力，可将推进剂划分为非自燃推进剂和自燃推进剂。非自燃推进剂需要设置点火装置。而对于自燃推进剂的组元，当它们在使用温度和使用压强范围内以液态相接触时，就能进行放热的化学反应。自燃推进剂使点火问题大大简化了，但也带来了危险性。例如，由于贮箱和其他组件泄漏引起燃料和氧化剂的意外混合，会造成爆炸。

按照推进剂组元保持液态的温度范围，可分为低沸点推进剂（低温推进剂）和高沸点推进剂（可贮存推进剂）。

在标准压强下，低沸点推进剂组元的沸点低于298K，并处于不断汽化的状态。某些液体推进剂是液化气体，它在大气压强下具有非常低的沸点。比较常用的低温推进剂有液氧和液氢。在目前大量使用的推进剂中，液氧/液氢推进剂的效能是最高的。但液氢的低密度和极易蒸发是其最大的缺点，因此应特别重视低温推进剂的贮存和使用问题。为了减少由蒸发引起的损失，必须采取良好的绝热措施。1

与低沸点推进剂相反，在使用条件下，高沸点推进剂组元的沸点高于298K，这类推进剂在地面的一般使用条件下是液态的，而且在保存时无蒸发损失。某些液体推进剂在一个相当宽的温度和压强范围内是稳定的，并且与结构材料发生化学反应的概率很小，因此足以允许推进剂在一封闭容器内贮存一年或更长的时间，这些推进剂也通常被称为可贮存推进剂（常规推进剂）。可贮存推进剂一般包括一系列的推进剂组合，主要是以四氧化二氮(NTO)为氧化剂，以肼、一甲基肼(MMH)、偏二甲肼(UDMH)或它们的混合物为燃料。在阿波罗计划中，可贮存双组元推进剂发动机使人类登上了月球并安全返回地球。美国航天飞机采用地面可贮存推进剂发动机进行机动飞行和离轨，许多运载火箭，如大力神、德尔它、长征和阿里安的助推级和上面级发动机均采用了地面可贮存推进剂，地面可贮存推进剂还用于大多数不载人的宇宙飞船和卫星。可贮存液体推进剂几乎不用发射准备时间，无需采取特殊的隔热措施，可以在加注状态下长期保存，因此，可贮存推进剂在军事用途飞行器上有着很广泛的应用。1

在液体推进剂中混以某些添加剂可以对推进剂的某些不足加以改善，如改善冷却特性、降低冰点、减轻腐蚀作用、促进点火过程和稳定燃烧等。

在液体火箭发动机上可采用的液体氧化剂有硝酸、四氧化二氮、过氧化氢、三氟化氯、液氧和液氟，前四种是可贮存的氧化剂，后两种是低温氧化剂。可采用的燃料有乙醇、煤油、肼、偏二甲肼和液氢，前四种是可贮存的燃料，后一种是低温燃料。1

选择原则当针对某一特定的用途来选择一种推进剂或者推进剂组合时，需要对液体推进剂的优、缺点有着全面深入的分析，因此推进剂的选定常常是各方面因素折中考虑的结果。下面列出比较重要和希望得到的推进剂特性，由于用途不同，其重要性的次序可能改变：1

①单位质量推进剂所释放的能量高，燃烧或分解气体产物的分子量低，以得到高比冲；

②点火容易；

③燃烧稳定；

④密度高或者单位密度的比冲高，使推进剂贮箱及供应系统的尺寸和质量减到最小；

⑤具有较强的冷却能力（比热容大、热传导性好和临界温度高这三者的最佳组合）；

⑥在一定温度下饱和蒸气压足够低，使贮箱质量减小；

⑦冰点低，使发动机顺利地在低温下工作；

⑧没有腐蚀作用，与发动机结构材料的相容性好；

⑨可贮存性；

⑩粘性低，使流过供应系统和喷注器的压降减到最小；

⑩热稳定性和冲击稳定性高，使爆炸和着火的危险最低；

⑩常态推进剂及其蒸气和它们的燃烧产物的毒性低；

⑩价格低；

⑩来源丰富。1

应用液体战略导弹火箭发动机比冲较高,推力大,推进剂流量可调节,能准确控制关机时间。液体导弹有推进剂贮箱和增压、输送系统，发动机还有喷注器和冷却系统等。因此，结构复杂，体积较大。推进剂需有专用的运输、贮存、化验和加注设备,增加了地面设备,影响导弹的机动性。最早的液体导弹是第二次世界大战末期德国研制的V-2导弹。战后，苏联、美国、中国等先后研制了液体导弹。如美国的"丘辟特"、"大力神"和前苏联的SS-6、SS-18、SS-19等导弹。初期的液体导弹使用的推进剂，沸点低，不便贮存。从60年代开始，液体导弹广泛使用了可贮液体推进剂。70年代，美国的"长矛"导弹使用了预包装可贮液体推进剂。80年代末，美国的液体导弹已全部由固体导弹替换。前苏联的战略弹道导弹多数仍是液体导弹。

主要危害1．着火与爆炸

液体推进剂的作用是为火箭或航天器提供能量，具有易燃性或助燃性。如肼类、烃类推进剂和液氢易着火，当空气中推进剂蒸气浓度达到一定范围时，还容易引起爆炸。四氧化二氮、红烟硝酸、液氧等氧化剂虽不能燃烧，但具有强氧化性，助燃能力强。四氧化二氮、红烟硝酸与木材、棉、纸张等可燃物相遇时，易引起火灾。某些燃烧剂和氧化剂相遇，可立即自燃，甚至发生爆炸。因此，所有液体推进剂都有着火和爆炸的危险性，在液体推进剂的生产、运输、转注、加注和分析化验等作业中，必须防火、防爆。2

2．毒害作用

液体推进剂的毒害作用包括急性毒性作用、慢性毒性作用、刺激与腐蚀作用、过敏作用。这些毒害作用，有的只引起局部性中毒，有的则可引起全身性中毒；有的只引起短时间的暂时性中毒，有的则可引起长时间的中毒。肼、甲基肼和偏二甲肼对动物具有致癌作用，但对人体的致癌作用，尚未得到证实。

2002年国家安全生产监督管理局等部门把四氧化二氮、肼、甲基肼和偏二甲肼列入《剧毒物品目录》（公告2003年第2号）。2003年国家卫生部将二氧化氮、肼、甲基肼和偏二甲肼列入《高毒物品目录》（卫法监发[2003]142号）。目前发射场经常所称偏二甲肼、肼和四氧化二氮为Ⅲ级（中等）毒物、甲基肼为Ⅱ级（高毒）毒物是根据国内有关部门提出的化学物质急性毒性分级暂行标准而来。2

3．腐蚀作用

液体推进剂的腐蚀作用包括对金属及非金属材料、贮存容器、输送管道、加注泵等的腐蚀作用，也包括对动植物和人体的化学灼伤作用。如四氧化二氮、红烟硝酸等推进剂接触人体皮肤、大量吸入呼吸道，均可产生严重的化学灼伤。2

4．窒息作用

推进剂的窒息作用分为两类：

(1)推进剂本身窒息作用。推进剂进人人体后，引起呼吸系统和血液循环系统发生病变，出现细胞供氧不足或使气道闭塞，发生窒息作用。

(2)缺氧窒息。由于推进剂蒸气大量进入空气，使空气中氧含量显著下降，因缺氧引起窒息。如推进剂贮罐、槽车清洗并用氮气吹干后，氧浓度降低，当人员立刻进入其中作业时，可能发生缺氧性窒息。

5．低温冻伤

低温液体推进剂如液氢、液氧等，沸点低。在常温下剧烈沸腾，吸收大量热量，若与某些材料接触可使材料迅速降温变脆，导致设备故障；与人体皮肤接触时，引起冻伤。

6．污染环境

在液体推进剂的生产、运输、转注、加注等作业中，当发生跑、冒、滴、漏，特别是发生大量液体推进剂泄漏、着火、爆炸事故时，由于推进剂的毒害作用，会造成大气、水体、土壤和植物的污染。在清洗槽车、贮罐和加注、转注系统等设施设备时，会产生大量含有液体推进剂的有害废水；在加注、转注等作业中，系统会排放大量含有推进剂的废气，这些废水、废气若不进行处理即排放会造成严重环境污染。2

事故分类液体推进剂事故与化工事故有很多相似之处，主要表现为着火、爆炸、环境污染和毒害作用。引起事故的原因通常为液体推进剂泄漏、压力容器超压等。2

液体推进剂事故按其后果可分为人员伤害事故、环境污染事故、设施设备受到严重损坏事故、推进剂大量变质事故、造成航天发射进程推迟或发射失败的事故等。