具有低温燃烧特性的液态碳氢燃料的制作方法

本发明涉及的是一种航空燃料领域的技术，具体是一种用于涡轮基组合循环发动机(TBCC)的具有低温燃烧特性的液态碳氢燃料。

背景技术：

以涡轮基组合循环发动机(TBCC)为动力的飞行器具有飞行包线范围宽、比冲高、可重复利用等特点，是实现0～40Km高度飞行的最佳动力方案。由于涡轮喷气发动机和冲压发动机存在各自的最佳飞行马赫数，一般认为在Ma＝2～3之间是TBCC的工作模式转换点，即运行方式从涡轮喷气发动机切换至冲压发动机，这就意味着冲压发动机必须在Ma＜3的情况下可靠起动才能保证两种发动机工作模式的平稳切换。液态碳氢燃料以其经济性高、可操作性强、体积密度大等优势，是吸气式发动机燃料的首选。但相比于氢燃料，碳氢燃料在低温环境下的反应活性低，具体表现为反应速率小、最小点火能量大、点火延迟时间长等，这对于冲压发动机的低马赫数可靠起动是非常不利的。为了构建低温环境中能够使得碳氢燃料快速点火和燃烧的条件，高能点火器、火焰稳定结构等一系列辅助装置得到了广泛应用，然而燃烧辅助装置必将令发动机系统更加复杂，可靠性进一步降低，并且产生巨大的质量惩罚，这对发动机整体性能的提升极为不利。因此通过化学调控的方式改变传统碳氢燃料的低温燃烧特性是解决上述问题的有效途径。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种具有低温燃烧特性的液态碳氢燃料，该燃料物理形态稳定，无沉淀、不分层，具有较低的自燃温度、较小的着火延迟时间和较高的比冲，常温环境中与空气接触安全不自燃等优点，并能够通过控制点火促进剂的浓度来实现对复合燃料低温燃烧特性的调控，操作简单，实用性强。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种液态碳氢燃料，由作为基底燃料的液态碳氢燃料和作为点火促进剂的二乙基甲氧基硼烷/四氢呋喃混合液组成，其中：点火促进剂的体积分数为10％～50％。

所述的液态碳氢燃料采用中国3号航空煤油、正十烷或正庚烷。

所述的二乙基甲氧基硼烷/四氢呋喃混合液中二乙基甲氧基硼烷和四氢呋喃的体积比为1:1。

本发明涉及上述液态碳氢燃料的低温燃烧特性调控实现方法，通过按比例分别取基底燃料和点火促进剂，在惰性气体环境中均匀混合，即得所需性能的复合燃料。

技术效果

与现有技术相比，本发明能够控制最小着火壁面温度，具体表现为降低最小着火壁面温度，并且通过点火促进剂浓度的调节，实现了对最小着火壁面温度的控制；并且本发明能够有效减小传统碳氢燃料的着火延迟时间，并且通过点火促进剂浓度的调节，实现了对着火延迟时间的控制；本发明所使用的添加剂能与基底燃料以任意比互溶，无沉淀、不分层，因此本方法得到的复合燃料可在惰性气体保护下长时间存储。即使有一定量的泄漏，常温环境中不会自燃，安全性好；本发明仅对基底燃料和添加剂在惰性气体保护环境下做物理混合，制备工艺简单，少量制备可通过手动完成。

附图说明

图1是实施例2中的复合燃料液滴在加热平板上的动态变化、着火和燃烧过程示意图；

图中：壁面温度为450℃，a～e依次为t＝t₀(接触)、t＝t₀+4ms(伸展)、t＝t₀+24ms(反弹)、t＝t₀+78ms(着火)、t＝t₀+150ms(燃烧)；

图2是纯正十烷液滴和实施例2、4中的复合燃料液滴在加热平板上的最低着火壁面温度示意图；

图3是纯正十烷液滴和实施例2、4中的复合燃料液滴在加热平板上的着火延迟时间示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例按如下比例配置复合燃料：

步骤一、向氩气密封的燃料罐中加入中国3号航空煤油、正十烷或正庚烷，体积百分含量为90％；

步骤二、向上述添加了中国3号航空煤油、正十烷或正庚烷的燃料罐中加入二乙基甲氧基硼烷/四氢呋喃的混合液，其配比为二乙基甲氧基硼烷5％，四氢呋喃5％，中国3号航空煤油、正十烷或正庚烷90％。

步骤三、通过物理方式使燃料罐中的液体均匀混合，此处物理方式采用但不限于：手动混合。

实施例2

本实施例按如下比例配置燃料：

步骤一、向氩气密封的燃料罐中加入中国3号航空煤油、正十烷或正庚烷，体积百分含量为80％；

步骤二、向上述添加了中国3号航空煤油、正十烷或正庚烷的燃料罐中加入二乙基甲氧基硼烷/四氢呋喃的混合液，其配比为二乙基甲氧基硼烷10％，四氢呋喃10％，中国3号航空煤油、正十烷或正庚烷80％。

步骤三、通过物理方式使燃料罐中的液体均匀混合，此处物理方式采用但不限于手动混合。

本实施例中采用复合燃料液滴在加热平板上的燃烧特性来说明本发明对传统碳氢燃料低温燃烧特性的调控效果。

如图1所示，为利用高速相机记录燃料液滴在加热平板上的动态变化、着火和燃烧过程。通过是否探测到火焰来判断是否着火，并以液滴接触加热平板到出现火焰的时间间隔作为着火延迟时间。

取以正十烷为基底燃料的复合燃料，点火促进剂体积分数为20％，以其中的纯正十烷作为对比工况。

如图2～图3所示，本实施例的技术效果具体为：与纯正十烷相比，最小着火壁面温度从600℃降低至215℃，着火延迟时间从580ms降低至45ms，低温燃烧特性得到有效强化。

实施例3

本实施例按如下比例配置复合燃料：

步骤一、向氩气密封的燃料罐中加入中国3号航空煤油、正十烷或正庚烷，体积百分含量为70％；

步骤二、向上述添加了中国3号航空煤油、正十烷或正庚烷的燃料罐中加入二乙基甲氧基硼烷/四氢呋喃的混合液，其配比为二乙基甲氧基硼烷15％，四氢呋喃15％，中国3号航空煤油、正十烷或正庚烷70％。

步骤三、通过物理方式使燃料罐中的液体均匀混合，此处物理方式采用但不限于手动混合。

实施例4

本实施例按如下比例配置复合燃料：

步骤一、向氩气密封的燃料罐中加入中国3号航空煤油、正十烷或正庚烷，体积百分含量为60％；

步骤二、向上述添加了中国3号航空煤油、正十烷或正庚烷的燃料罐中加入二乙基甲氧基硼烷/四氢呋喃的混合液，其配比为二乙基甲氧基硼烷20％，四氢呋喃20％，中国3号航空煤油、正十烷或正庚烷60％。

步骤三、通过物理方式使燃料罐中的液体均匀混合，此处物理方式采用但不限于手动混合。

本实施例中，调控效果的体现方法同实施例2，如图2～图3所示，本实施例的技术效果具体为：与纯正十烷及实施例2中的复合燃料相比，最小着火壁面温度进一步降低至175℃，着火延迟时间进一步降低至30ms，低温燃烧特性得到进一步强化。同时，不同添加剂体积分数的复合燃料所体现出来的低温燃烧特性强化效果差异明显，说明通过调整添加剂浓度能有效地调控液态碳氢燃料的低温燃烧特性。

实施例5

本实施例按如下比例配置复合燃料：

步骤一、向氩气密封的燃料罐中加入中国3号航空煤油、正十烷或正庚烷，体积百分含量为50％；

步骤二、向上述添加了中国3号航空煤油、正十烷或正庚烷的燃料罐中加入二乙基甲氧基硼烷/四氢呋喃的混合液，其配比为二乙基甲氧基硼烷25％，四氢呋喃25％，中国3号航空煤油、正十烷或正庚烷50％。

步骤三、通过物理方式使燃料罐中的液体均匀混合，此处物理方式采用但不限于手动混合。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。