水电解燃料电池火箭推进系统的水分和热量平衡研究

水电解燃料电池火箭推进系统是一个全新的空间推进概念，它巧妙地将水电解推进与整合的可再生质子交换膜燃料电池相结合，形成空间飞行器的动力系统。整合的燃料电池实现了系统多功能集成，系统只需携带低压水，所需储箱体积、质量小，并突破了高性能氢氧推进剂用于空间的瓶颈，使飞行器有效载荷、寿命、机动性得到极大提高，因而具有很好的应用前景。保持系统电解过程中水分、热量平衡是该推进系统能否稳定、高效工作的两个关键问题。燃料电池电解水过程中，扩散电极的催化剂成分需在一定湿度、温度范围下，活性才最高。而电解效率的高低直接影响电解水后生成的氢气、氧气的相关参数，如流量等，进而影响火箭发动机工作过程、推进剂成分及状态而影响发动机性能。本研究通过对系统中水分、热量输运各基本物理过程建立完整的物理数学模型，对系统的水分、热量平衡进行参数研究。最后进行优化计算并结合实验验证，探索系统协调工作的关键和进一步提高性能的途径。