推進劑作為動力核心,對航天事業(yè)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。肼類推進劑存在易揮發(fā)、劇毒等不足,亟待開發(fā)綠色替代產(chǎn)品。自燃離子液體(HILs)具有低蒸汽壓、低毒、高熱穩(wěn)定性等優(yōu)點,成為極具潛力的綠色推進劑燃料。但HILs能量有待進一步提高,從而增大發(fā)動機推力。本文利用增大環(huán)張力提高化合物能量的方法,設(shè)計合成新型高能HILs,本研究內(nèi)容如下:設(shè)計合成了基于環(huán)張力N-丁基丁啶類HILs。研究表明六種HILs性質(zhì)優(yōu)良:液程(-80-200℃)、密度(0.99-1.05 g cm~(-3))、生成焓(0.70-2.17 kJ g~(-1))、比沖(164.0-184.5 s)、點火延遲時間(23-130 ms),在該類化合物中,N-炔丙基-N-丁基丁啶二氰胺鹽具有最優(yōu)性能(生成焓:2.17 kJ g~(-1),比沖:184.5 s)。為了更好探索化合物能量與環(huán)張力的關(guān)系,我們還合成了N-丙基-N-丁基丁啶二氰胺鹽(9)的兩種同分異構(gòu)體N-乙基-N-丁基吡咯二氰胺鹽(9a)和N-甲基-N-丁基哌啶二氰胺鹽(9b)。測試顯示9的生成焓(0.78 kJ g~(-1))和比沖(164.8 s)優(yōu)于9a(0.41kJ g~(-1),156.5 s)和9b(0.36 kJ g~(-1),155.3 s),比沖提高了6%,結(jié)果證明了化合物能量與環(huán)張力呈正相關(guān)。為進一步提升HILs能量,設(shè)計合成了五種短支鏈N-丙基丁啶類HILs。五種HILs性質(zhì)優(yōu)良:液程(-80-142℃)、密度(1.03-1.06 g cm~(-3))、生成焓(0.98-2.43 kJ g~(-1))、比沖(168.3-188.7 s)、點火延遲時間(15-43 ms),在該類化合物中,N-炔丙基-N-丙基丁啶二氰胺鹽具有最優(yōu)性能(生成焓:2.43 kJ g~(-1),比沖:188.7 s)。同時又合成了N-丙基-N-丙基丁啶二氰胺鹽(8)的兩種同分異構(gòu)體N-乙基-N-丙基吡咯二氰胺鹽(8a)和N-甲基-N-丙基哌啶二氰胺鹽(8b)。測試顯示8的生成焓(0.98 kJ g~(-1))和比沖(168.3 s)優(yōu)于8a(0.64 kJ g~(-1),160.9 s)和8b(0.50kJ g~(-1),157.6 s),比沖提高了7%,當(dāng)一側(cè)基團相同時,N-丙基丁啶類HILs的生成焓和比沖優(yōu)于N-丁基丁啶類HILs(N-丙基丁啶類HILs比沖最高提高了2%)。綜上所述,本文在化合物能量與環(huán)張力相關(guān)理論指導(dǎo)下,獲得了基于高環(huán)張力的N-丁基丁啶類和N-丙基丁啶類HILs。測定了所得HILs結(jié)構(gòu)、相轉(zhuǎn)變溫度、熱穩(wěn)定性、自燃性、生成焓及比沖,并進行充分的討論。結(jié)果顯示兩類基于高環(huán)張力HILs均具有高能量,比沖最高可達188.7 s,為高能HILs研究開拓了新的思路。
【學(xué)位單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V511;TQ517.4
【部分圖文】：

第3 章 N-丁基丁啶類離子液體的設(shè)計合成時間間（tid）是 HILs 能否作為自燃推進劑的一個重要參驗（圖 3.6），操作方法如下：（1）將一滴 ILs（約FNA 的玻璃燒杯中；（2）用高速攝像機以每秒 10化劑接觸至出現(xiàn)第一個花火的時間。以看出 7 - 12 點火延遲時間變化范圍為 23 - 130 m為 23 ms，具有成為新一代的綠色推進劑的潛力。比 9a（tid，77ms）和 9b（tid，114ms）的快。通，離子液體的點火延遲時間越來越慢，在同等碳鏈加，HILs 的點火延遲時間越來越快。

中國石油大學(xué)（北京）碩士專業(yè)學(xué)位論文 4.1 可以看出 6 - 10 點火延遲時間（tid）變化范圍為 15 - 43 遲時間最短為 15 ms，有很大潛力成為新一代的綠色推進劑。tid，30ms）比 8a（tid，45ms）和 8b（tid，96ms）短。N-丙基時間優(yōu)于 N-丁基丁啶基 HILs 點火延遲時間（tid），達到了預(yù)
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本文編號：2871877