Топливо для гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя

Авторы патента:

F02K9/08 - использующие твердые топлива (F02K 9/72 имеет преимущество; использование полутвердых или пылевидных топлив F02K 9/70)

C10L1/14 - органические соединения

Владельцы патента RU 2584947:

Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение описывает топливо для гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя на основе смеси углеводородного горючего Т-10 и 1,7-диметилдикарба-клозо-октокарборана, при этом в смесь дополнительно введен промотор горения изопропилнитрат, при следующем соотношении (% масс.): 1,7-диметилдикарба-клозо-октокарборан - 70; горючее Т-10 - 29-29,5; изопропилнитрат - 0,5-1. Технический результат заключается в создании топлива для гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя с повышенной энергоемкостью, с улучшенными условиями его сжигания в камере сгорания. 1 пр.

Настоящее изобретение относится к топливам для прямоточных воздушно-реактивных двигателей, в частности к составам на основе борорганических соединений, обладающих высокой удельной теплотой сгорания, в составе которых содержатся добавки.

Известно, что в качестве горючего для ГПВРД были предложены сжиженные водород и метан [2, 3], а также углеводородные горючие марок JP-7, JP-10 [2, 3, 4]. Известны жидкие борсодержащие горючие, представляющие собой смеси изопропилметакарборана с углеводородами: толуол, циклин, квадран, нафтил, алкилпроизводные бензола, а также топливами Т-6, RJ-5 и некоторыми другими [5]. Известны композиции твердого горючего, содержащие в своем составе карборан (C₂B₁₀H₁₂) и его производные в количестве 4-15 % масс. [6].

Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является топливо для импульсного детонационного двигателя, состоящее из горючего Т-10 и 0,7-1% трет-бутилгидропероксида [7]. Имея существенные преимущества перед предшествовавшими аналогами, указанное техническое решение предназначено для двигателей, рабочим процессом в которых является детонация. Организация процесса сверхзвукового горения топлива имеет существенную особенность: для достижения устойчивости горения топлива в камере сгорания ГПВРД необходимо, чтобы воспламенение топливно-воздушной смеси происходило за время 1-2 мс [2]. При скорости воздушного потока в камере сгорания около 1,5 М и длине камеры сгорания около 2 м добиться этого крайне сложно ввиду продолжительного периода задержки воспламенения смеси.

Технической задачей настоящего изобретения является создание топлива для гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя с повышенной энергоемкостью, с улучшенными условиями его сжигания в камере сгорания за счет введения в состав добавки - изопропилнитрата, сокращающей период задержки воспламенения топливно-воздушной смеси, с получением состава (% масс.):

1,7-диметилдикарба-клозо-октокарборан	70
горючее Т-10	29-29,5
изопропилнитрат	0,5-1

Проблематичность применения жидких углеводородных горючих и смесей на их основе для ГПВРД обусловлена несколькими причинами. Одна из них связана с трудностями организации устойчивого процесса горения и эффективного сжигания топлива во всем диапазоне характеристик ГПВРД. Традиционные способы стабилизации пламени не всегда эффективны из-за высокого уровня скоростей потока в камере сгорания (до 1,5 М) и больших потерь импульса [2]. Трудность организации рабочего процесса в двигателе также связана с относительно небольшой длиной камеры сгорания (≈2 м), что накладывает существенные ограничения на продолжительность периода задержки воспламенения компонентов используемой смеси, он может быть значительно сокращен за счет использования соответствующих активирующих добавок.

Активирующий эффект изопропилнитрата обусловлен заменой первичного разложения углеводорода топлива более энергетически выгодной реакцией разложения добавки. По литературным данным [8] разложение нитратов по связи O-N происходит с энергией активации 0,15…0,19 МДж/моль вместо 0,37…0,49 МДж/моль в случае топлива без добавок. Образующиеся свободные радикалы инициируют воспламенение топлива.

Эффективность применения топлива с добавкой изопропилнитрата в гиперзвуковом прямоточном воздушно-реактивном двигателе станет очевидна из следующего примера.

ПРИМЕР

На малоразмерной однокамерной установке, моделирующей камеру сгорания ГПВРД, определяли пределы устойчивого горения смеси заявленного в изобретении состава по методике, описанной в [9]:

1,7-диметилдикарба-клозо-октокарборан	70 % масс.;
горючее Т-10	29-29,5 % масс.,
изопропилнитрат	0,5-1 %.

При испытании на данной установке смеси 1,7-диметилдикарба-клозо-октокарборан (70%) и Т-10 (30%) без добавки изопропилнитрата срыв пламени наблюдался при G_B=8,2-8,5 л/мин. При использовании добавки 0,5-1% изопропилнитрата срыв пламени наблюдался при G_B=9,2-9,5 л/мин. Таким образом, при использовании добавки 0,5-1% изопропилнитрата пределы устойчивого горения горючего Т-10 расширяются до значения расхода 1-1,3 л/мин (на 12-15%).

Данную топливную композицию предлагается использовать в гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателях авиационной и ракетно-космической техники.

Представленная топливная композиция решает проблему сокращения периода задержки воспламенения топливно-воздушной смеси в камере сгорания гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя при использовании в них углеводородных топлив и смесей на их основе.

Источники информации

1. Р. Граймс. Карбораны: Монография. - М.: Издательство «МИР», 1974.

2. Артемов О.А. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели (расчет характеристик): Монография. - М.: Компания Спутник+, 2006.

3. Tom Anderlis. The way to hyper plane // The Industrial Physicist American Institute of Physics, Дин Андреадис, March 2005.

4. Петрухин Н.В., Сергеев С.М., Прокопенко О.А. Требования к горючим для гиперзвуковых двигателей ракетно-космической техники // Сборник научных трудов ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина» по актуальным вопросам проектирования космических систем и комплексов. - М.: ФГУП НПО им С.А. Лавочкина, 2011.

5. Бакулин В.Н., Дубовкин Н.Ф., Котов В.Н., Сорокин В.А., Францкевич В.П., Яновский Л.С. Энергоемкие горючие для авиационных и ракетных двигателей / Под ред. Л.С. Яновского. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009.

6. Патент России №0002288207.

7. Патент России №2484123.

8. Данилов A.M. Применение присадок в топливах: Справочник. - 3-е изд., доп. - СПб.: ХИМИЗДАТ, 2010.

9. Братков А.А., Серегин Е.П., Горенков А.Ф., Чирков A.M., Ильинский А.А., Зрелов В.Н. Химмотология ракетных и реактивных топлив. - М.: Химия, 1987.

Топливо для гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя на основе смеси углеводородного горючего Т-10 и 1,7 - диметилдикарба-клозо-октокарборана, отличающееся тем, что в смесь дополнительно введен промотор горения изопропилнитрат с получением состава (% масс.):

1,7 - диметилдикарба-клозо-октокарборан	70
горючее Т-10	29-29,5
изопропилнитрат	0,5-1

Ракетный двигатель содержит камеру сгорания с соплом. В камеру сгорания подается расплавленного гидрида бериллия 40,81±20% и 59,19±20% кислорода или компоненты в следующем соотношении: диборана 10,10%, гидрида бериллия 24,16%, азотной кислоты 23,0% и метана 42,74%.

Ракетный двигатель староверова - 2 /варианты/ // 2570911

Ракетный двигатель содержит камеру сгорания, в которую под давлением подается смесь борана и аммиака, или раствор или эмульсия борана в жидком аммиаке. Компоненты подаются в следующем соотношении: диборан 44,8±10%, аммиак 55,2±10%.

Ракетный двигатель староверова -9 /варианты/ // 2570910

Ракетный двигатель содержит камеру сгорания, в которую под давлением подается смесь борана и гидразина, или раствор или эмульсия борана в жидком гидразине. Компоненты подаются в следующем соотношении: диборан 46,33±10%, гидразин 53,67±10%.

Ракетный двигатель твёрдого топлива // 2558488

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано при создании ракетного двигателя твердого топлива летательного аппарата. Ракетный двигатель содержит корпус, заряд, сопло и переднюю крышку.

Твердотопливный ракетный двигатель // 2554685

Изобретение относится к области ракетной техники и может быть использовано при создании ракет различного назначения, в частности космического, в системе аварийного спасения.

Ракетный двигатель староверова (варианты) // 2544104

Ракетный двигатель содержит камеру сгорания, в которую подают боран, или силан, или фосфин, или герман, или другие гидриды, имеющие положительную энтальпию образования из простых веществ, или их смесь.

Конический ракетный двигатель староверова-8 /варианты/ и способ его вертикального старта /варианты/ // 2524793

Конический ракетный двигатель бессоплового бескорпусного типа содержит шашку твердого топлива с одним или несколькими каналами на всю длину шашки, заполненными более быстро горящим топливом, чем основное топливо, или же шашка имеет несколько параллельных каналов, причем часть из них обрываются от поверхности шашки на расстоянии, равном или большем половине расстояния между соседними каналами.

Ракетный двигатель староверова-10 // 2521429

Ракетный двигатель включает жидкое или твердое ракетное топливо, в котором окислитель и/или горючее содержит связанный азот, а также мелкодисперсный или связанный бор, причем количество атомов бора и азота 1:1 с отклонением ±20%.

Ракетный двигатель староверова-12 // 2514821

Ракетный двигатель содержит камеру сгорания, реактивное сопло, а также пиротехнические газогенераторные шашки. Одна часть пиротехнических шашек вырабатывает газообразное, парообразное или в виде взвеси горючее вещество, а другая - вещество-окислитель.

Реактивный двигатель // 2509909

Изобретение относится к области создания реактивных двигателей для ракетной техники. Реактивный двигатель включает камеру с твердым зарядом, состоящим из, не менее одного, бризантного взрывчатого вещества и имеет кумулятивную выемку для создания области имитации сопла.

Противотурбулентная присадка и способ ее получения // 2579588

Изобретение относится к химии высокомолекулярных полимеров в составе добавок, используемых в сфере трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. Способ получения противотурбулентной присадки суспензионного типа в одну стадию на основе сверхвысокомолекулярных полиальфа-олефинов.

Способ получения противотурбулентной присадки и противотурбулентная присадка, полученная на его основе // 2579583

Защита жидких топлив // 2577854

Изобретение описывает жидкий концентрат для защиты жидких топлив от загрязнения водой, по существу состоящий из: (A) от 0,5 до 5% масс. одного или нескольких жирно-(C8-C24)-амидо-(C1-С6)-алкилбетаиновых эмульгирующих агентов; (B) от 45 до 75% масс.

Добавка к бензину на основе этилового спирта, топливная композиция // 2575706

Изобретение описывает добавку к бензину на основе этилового спирта, которая дополнительно содержит смесь фуллеренов фракции С50-С92, метилбензол при следующем соотношении компонентов, мас.%: смесь фуллеренов от 0,001 до 0,1; метилбензол от 0,1 до 10; этиловый спирт - остальное.

Топливо для гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя // 2571088

Изобретение описывает топливо для гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя на основе смеси углеводородного горючего Т-10 и 1,7 - диметилдикарба-клозо-октокарборана, при этом в смесь дополнительно введен промотор горения трет-бутилгидропероксид с получением состава, мас.%: 1,7 - диметилдикарба-клозо-октокарборан 70 горючее Т-10 29-29,5 трет-бутилгидропероксид 0,5-1 Технический результат изобретения заключается в получении топлива для гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя с повышенной энергоемкостью, с улучшенными условиями его сжигания в камере сгорания.

Композиция, топливо и способ реэмульгирования топлива на основе растительного и/или минерального масла // 2547656

Изобретение описывает эмульгирующую композицию для гомогенизации и реэмульгирования топлива, которая содержит в пересчете на общий вес композиции первую смесь i), содержащую а) от 5% до 40% N-олеил-1,3-пропилендиамина, б) от 60% до 95% по весу N,N′,N′-полиоксиэтилен-N-таллового пропилендиамина и ii) от 5% до 40% изопропилбензола или керосина, добавляемого в первую смесь.

Топливо для гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя // 2541526

Изобретение описывает топливо для гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя на основе углеводородного горючего Т-10, при этом в составе топлива содержится 1,7-диметилдикарба-клозо-октокарборан, при следующем соотношении, мас.%: 1,7-диметилдикарба-клозо-октокарборан 70, горючее Т-10 30.

Добавки для охлаждения, обладающие улучшенной текучестью // 2540279

Изобретение относится к низкотемпературным добавкам для средних дистиллятов, которые характеризуются улучшенной легкостью в обращении при низких температурах, к способу улучшения характеристик низкотемпературной текучести жидких топлив и к жидкому топливу.

Топливная композиция // 2538608

Изобретение относится к топливной композиции для дизельных двигателей, включающей среднедистиллятное жидкое топливо и присадку, повышающую цетановое число, при этом присадка представляет собой алкилнитратсодержащий продукт нитрования фракции НК-195°C кубового остатка продукта процесса гидроформилирования пропилена, при следующем соотношении компонентов, мас.%: алкилнитратсодержащий продукт нитрования фракции НК-195°C кубового остатка продукта процесса гидроформилирования пропилена - 0,01-1,00 и среднедистиллятное жидкое топливо - 99,00-99,99.

Моторное топливо и способ его применения // 2538589

Изобретение относится к способу применения моторного топлива, полностью состоящего из твердых парафинов и нефтешламов, в котором твердое или вязкое топливо загружают в термоизолированный топливный бак, нагревают до температуры 70-85°С и через фильтр топливным насосом низкого давления подают к насосу высокого давления, а затем на топливные форсунки цилиндров или турбину мотора, причем фильтр, топливные насосы и трубопроводы топливной системы мотора выполнены теплоизолированными, что позволяет сохранять в них температуру топлива не ниже 70ºС.

Способ получения противотурбулентной присадки на основе полиальфаолефинов (варианты) // 2590535

Изобретение направлено на создание способа получения высокоэффективной устойчивой концентрированной суспензии высокомолекулярного(ых) полиальфаолефина(ов), с молекулярной массой ≥5·106 а.е.м. и размером частиц дисперсионной фазы от 10 до 250 мкм без их деструкции и предварительного измельчения, с содержанием полиальфаолефина в готовой суспензии до 40 мас.%, легко реализуемого в промышленных условиях. В способе получения противотурбулентной присадки на основе полиальфаолефинов, включающем получение высокодисперсного полимера, растворимого в углеводородных жидкостях, имеющего высокую молекулярную массу, синтезированного (со)полимеризацией углеводородов альфа-олефинового ряда под действием катализатора Циглера-Натта, в качестве катализатора Циглера-Натта используют модифицированный титан-магниевый нанокатализатор с добавлением алюминийорганического сокатализатора при следующем соотношении компонентов системы: альфа-олефин (смесь альфа-олефинов) : титан магниевый катализатор (в расчете на Ti) от 105:1 до 107:1 и титан магниевый катализатор : сокатализатор от 1:10 до 1:2·103 путем диспергирования полученного (со)полимера в емкостном аппарате с гидравлической форсункой со смесью дисперсионной среды и функциональных добавок с последующей отгонкой непрореагировавшего мономера или смеси мономеров. Проведение процесса (со)полимеризации в растворе осуществляют одновременно с подачей раствора полимера в емкостной аппарат и вместе с отгонкой непрореагировавшего мономера или смеси мономеров отгоняют и инертный растворитель. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 пр.