含纳米铝颗粒的JP-10凝胶燃料理化及流变性能

曹锦文，潘 伦，张香文，邹吉军

（天津大学化工学院，先进燃料与化学推进剂教育部重点实验室，天津 300072）

1 引言

高密度液体碳氢燃料与常规碳氢燃料相比具有高密度和高体积热值、高安全性等优点，可以在飞行器体积受限的情况下为发动机提供更多的能量，满足远航程和大载荷的要求。JP-10 是典型的高密度碳氢燃料，密度为 0.937 g·mL-1，已经得到大规模应用［1-4］。但是，化学合成新的碳氢燃料分子已很难再大幅提升液体燃料的能量密度。而向燃料中添加高能颗粒是提高燃料的能量和密度、改善液体燃料燃烧特性的有效方式。前期研究表明，表面改性的纳米颗粒（如纳米铝、纳米硼）可以稳定分散在燃料中形成固液悬浮体系。该体系能向液体燃料一样输送和雾化［5-6］，激波管点火试验表明纳米颗粒可以促进液体燃料的点火及燃烧［7］，液体火箭发动机试验表明含有纳米铝颗粒的燃料燃烧效率较高、比冲较纯液体燃料显著提高［6，8］。上述结果显示添加纳米金属颗粒的液体燃料具备良好的应用前景。但是，向燃料中添加纳米颗粒依然面临巨大挑战：金属颗粒无法在液体燃料中保持长期稳定的分散，存放时容易团聚沉降。当前的主要解决方法是对固体颗粒表面进行改性，提高其与液体碳氢燃料的相容性，改性后的金属颗粒短期内可以较好地分散在液体燃料中，但是长期放置仍会出现明显沉降［9-10］。凝胶燃料是一种具有非牛顿流变特性的胶体燃料，静置时保持不流动的半固体状态，当施加剪切力时黏度迅速下降，可像液体燃料一样流动。……