摘要
电化学固体推进技术作为一种新型推进技术，颠覆了传统的推进模式。该技术将电推进和化学推进有机的结合在一起，实现了通过电能控制推进剂燃烧的特点。因为该技术具备多种优势，已经成为国内外的研究热点。电化学固体推进技术在国外的发展已经相对成熟，国内关于该技术起步较晚，在多项技术领域均处于起步阶段。本文设计了一种电控固体推进剂的配方及其制备工艺以及电控固体推力器，并对影响推进剂燃烧的因素和推力器的工作特性开展了相关研究，具体开展的工作如下： 首先，基于公开资料，确定了电控固体推进剂配方中主要的化学成分，包括：氧化剂、粘结剂、交联剂、稳定剂、偶联剂、燃烧调节剂等。对氧化剂进行了电解实验，确定了其电解产物中含有助燃气体，对推进剂燃烧机理奠定基础。通过理论计算确定各种组分的含量。然后通过大量实验验证，研究各组分对推进剂抗压性能以及燃烧性能的影响，并结合实验数据，对推进剂的组分及含量进行迭代优化。 其次，根据各种化学药品的理化性质设计了电控固体推进剂的制备工艺。可以将制备工艺分为四部分，分别为：氧化剂制备、物料预处理、物料混合、药浆固化。在实验中，发现氧化剂的质量分数对推进剂的抗压性能具有明显的影响作用，物料要预处理除去水分，以减少药浆的含水量。并通过设计真空搅拌、脱泡等操作除去粘稠药浆中的气泡，以提高药柱密度。研究了物理固化法和化学固化法的差异，确定了化学固化法相比之下能够展现出更优异的固化性能。 再次，设计了电控固体推进剂测试平台，并对制备的推进剂药柱进行燃烧测试。结合电控固体推进剂的点火燃烧过程，对推进剂的点火过程进行了分析。发现推进剂是在电解和电热耦合的作用下燃烧。研究了不同电压下推进剂的点火情况，以及推进剂在常压下多次点火、熄火特性，并采集了推进剂点火过程中的电流和功率的信号变化，发现在点火的一瞬间产生巨大的冲击电流。还研究了在药柱初始长度相同的前提下，电控固体推进剂燃速和点火电压、药柱直径、药柱长度之间的关系，发现药柱直径对推进剂的平均燃速影响不大，而点火电压、药柱长度对推进剂的平均燃速影响较大。提出提高推进剂燃烧性能方法：升高点火电压或缩短药柱长度。 最后，根据电控固体推进剂的燃烧可控的特性，设计了电控固体推力器。主要包括：装药结构设计、燃烧室设计、控制电极设计、密封结构设计等。电控固体推力器和传统固体推力器结构上极为相似。另外，电控固体推力器需要加装电极设计，这也是推力器设计的核心。在本文中，首先对电极材料进行选择，并通过点火燃烧实验加以验证。最终确定，推力器燃烧电极采用平面多孔电极，采用钛合金材质。并且对设计的推力器进行了试车实验，发现推力器可以在电压的作用下实现多次可控启停，从推力器的内弹道性能曲线可以看出，推力器出现了多个工作阶段。验证了电控固体推进剂的可行性。
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