摘要 本文全面概述和总结了在 M11 测试设施和位于 Lampoldshausen 的 DLR 物理化学实验室进行的研究和测试活动。研究重点是先进的火箭推进剂和用于空间技术的新材料。此外,还将展示和讨论有关超音速流动和超音速冲压发动机冷却的活动。还介绍了机器学习方法在火箭发动机控制中的应用。先进火箭推进剂方面的活动包括对 ADN(二硝酰胺铵)基推进剂、过氧化氢、基于一氧化二氮 (HyNOx) 的单推进剂和双推进剂、绿色自燃双推进剂以及凝胶和硝基甲烷基推进剂的研究。对于每种推进剂或推进剂组合,总结了 DLR 内部项目的主要研究和测试结果。此外,还介绍了欧盟和欧空局关于先进推进剂和在 DLR Lampoldshausen 进行的研究的项目的部分结果。
最近的太空发展正在实施几种更简单、更便宜的火箭技术。出于环保考虑和政府限制,有必要用绿色推进剂取代目前的(肼基)有毒推进剂,同时将性能损失降至最低。过氧化氢是未来绿色推进剂的有希望的候选者,因为它具有灵活性和良性,可以推动简单、经济高效、环保的推进,其性能足以取代肼或其他高性能有毒推进剂。因此,本论文致力于研究过氧化氢基推进剂,以用于未来的太空推进应用。这项工作的主要目的是研究绿色推进剂的燃烧特性。首先,我们讨论了过氧化氢在太空推进中的使用、特性和管理,后来,使用 NASA CEA 代码研究了过氧化氢的各种组合和成分。所进行的活动涉及过氧化氢作为单一推进剂、双推进剂和混合推进剂的研究。主要目的是找出不同 O/F 比 2、4、6、8、10 和各种压力室值 20、25 和 30 bar 下的燃烧温度和比冲值。为此,考虑了两种情况来研究乙醇、RP-1 和液态甲烷的双推进剂,并获得了不同 O/F 比下以及在室、喉部和出口处的质量分数变化。在混合推进剂条件下研究了四种情况,以各种石蜡(SASOL 0907、SASOL 6003、SASOL 6805)作为燃料,并有效研究了添加铝的影响。在双推进剂的情况下,考虑了所有成分并比较了燃烧产物,以便在适当的 O/F 比和固定的室压下实现最佳效率。观察到过氧化氢浓度对燃烧性能有显著影响,化学成分因重量浓度而产生影响。结论是过氧化氢对研究活动的未来发展很有用。
本综述旨在分析一氧化二氮在太空推进中所有可能的应用。在概述其主要的物理和热性质之后,总结了 N 2 O 的分解行为,强调了催化剂对促进反应的重要性。报告了其作为绿色推进剂在单推进剂系统中的应用,并与过氧化氢作为肼的可能替代品进行了比较。报告了其作为液体双推进剂系统中的氧化剂的行为和性能,其中将其与不同的碳氢化合物结合以了解与 H 2 O 2 相比,它是否是肼衍生物和四氧化二氮的高毒性组合的合适的绿色替代品。最后,概述了 N 2 O 在混合火箭发动机中的不同应用,重点介绍了不同颗粒组合之间的回归率和燃烧性能的差异。
最近的冲突中大量部署或使用了液体推进剂燃料系统。使用这些弹药的后果仍然存在,它们可能成为未来排雷组织的清理或处置任务。它们可能对当地居民构成重大危害,而它们的安全清理和处置是一项特别复杂的技术任务。尽管如此,简单的程序可以大大降低当地居民面临的风险,同时制定清理和处置方法。排雷计划遇到的典型液体推进剂燃料系统是俄罗斯 SA 2 GUIDELINE Sustain Motor。(母系统显示在封面上)。最近在冲突后环境中遇到的其他系统包括 SS1-SCUD 及其变体、HY-2 SILKWORM、STYX 和 AS-9 KYLE。排雷组织可能会在以下情况下接触液体双推进剂系统的有害烟雾、蒸汽或残留物:a) 位于对目标进行武装打击的下风处,系统中的燃料和化学物质被释放到大气中,并继续缓慢释放;
未来,NASA 科学任务理事会行星科学部希望使用性能更好、成本更低的推进系统将探测车、探测器和观测器送往火星、木星和土星等地。为此,NASA 位于格伦研究中心的太空推进技术 (ISPT) 项目开发了一种名为先进材料双推进剂火箭 (AMBR) 的新型推进技术。作为一种先进的化学推进系统,AMBR 使用四氧化二氮氧化剂和肼燃料来推动航天器。根据目前的研究和开发努力,该技术有望提高发动机运行速度和使用寿命,并降低制造成本。在开发 AMBR 时,ISPT 有几个目标:缩短航天器到达目的地所需的时间、降低制造推进系统的成本以及减轻推进系统的重量。如果实现这些目标,它将提高太空科学调查的能力。例如,如果航天器所需的推进剂数量(和重量)减少,则可以在航天器上添加更多科学仪器(和重量)。为了实现 AMBR 的最大潜在性能,发动机需要能够在极高的温度和压力下运行。为此,ISPT 需要由铱涂层铼(坚固的高温金属元素)制成的发动机室,允许在接近 4,000 °F 的温度下运行。此外,ISPT 需要一种先进的制造技术,以便更好地涂层方法,从而提高发动机室的强度,而不会增加制造发动机室的成本。