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摘要
近年来，低温推进剂在火箭推进领域得到了广泛应用，针对液氧、液氢以及液甲烷等低温推进剂的研究也得到了深入开展。然而，有关低温推进剂热力学性能的研究虽有开展，但各种推进剂性能的特点和差异缺乏研究，对低温推进剂的热力学性能缺乏综合性分析研究和系统认识。统计了1960年以来火箭推进剂的使用以及按照火箭级应用分布情况，对低温推进剂在火箭推进领域的应用与发展进行系统性综述。从低温推进剂的基础热物理性质出发，面向航天推进应用，对不同低温推进剂的动力特性、传输特性、贮存特性以及致密化特性4个方面进行综合评估。结果表明：液氢推力特性最好，氢氧发动机理论比冲可达457 s。相同管路和工况条件下，液氢流动阻力最小，液氧流动温升最小，液甲烷流动阻力和温升特性表现居中。以管长为10 m、管内径为0.1 m的加注管路为例，液氢流动压降小于5 kPa,液氧流动温升小于0.5 K。在地面停放过程中液氧和液甲烷温升小，贮箱增压慢，同时液甲烷热分层现象较弱。对于高5 m、直径3 m的圆柱形贮箱来说，当外界热流密度为50 W/m2时，液氢温升可达4.83 K,液氧仅为1.93 K;液氧贮存周期可达36.5 h,液氢仅为5.5 h。而液甲烷发生热分层所需的临界热流最大，为14 W/m2,相对而言液甲烷贮存性能最佳。采用过冷致密化技术能够改变推进剂应用性能，对其动力、传输和贮存特性会产生显著影响，当贮箱体积维持不变，采用深度过冷技术(液氢和液甲烷达三相点温度)可使液氢/液氧、液甲烷/液氧燃料的相对载荷能力分别提升8.66%和6.89%;液氧、液甲烷和液氢的无气化贮存周期分别延长达322.82%、354.67%和285.45%,但黏度增加会使得流动阻力增加41.36%、15.42%和18.64%。总体看来，对推进剂过冷致密化处理后，其动力特性和贮存特性明显提升，传输特性有所降低。
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