Твердое металлическое горючее и способ его воспламенения

Группа изобретений относится к твердому горючему для сверхзвуковых и гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных или ракетных двигателей и способу его воспламенения. Твердое металлическое горючее представляет собой монолитное изделие, изготовленное из титана или сплава титана, имеющее формы и размеры, позволяющие разместить его в камере сгорания двигателя. Для воспламенения твердого металлического горючего набегающим высокоэнтальпийным воздушным потоком воспламеняют инициатор, расположенный перед твердым металлическим горючим. Инициатор представляет собой пористое изделие, изготовленное из спеченного порошка по меньшей мере одного материала, выбранного из группы, включающей в себя титан, железо, магний, алюминий, бор и/или их порошковые оксидно-металлические смеси. Группа изобретений позволяет значительно повысить энергетические характеристики и эксплуатационные параметры воздушно-реактивных и ракетных двигателей, в которых применяется твердое металлическое горючее. 2 н.п. ф-лы.

 

Группа изобретений относится к области твердых металлических горючих для сверхзвуковых и гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных или ракетных двигателей.

Известно твердое горючее, содержащее 27% титанового порошка, 5% бора и 68% хлората калия (см. WO 90/13529 А1, 15.11.1990).

Недостатки известного твердого горючего состоят в том, что оно не обладает прочностными свойствами, необходимыми для эксплуатации при высоких стартовых перегрузках, для производства горючего применяются достаточно сложные технологические операции, для воспламенения горючего используются специальные устройства.

Также известно твердое металлическое горючее, принятое в качестве ближайшего аналога к заявленному твердому металлическому горючему, содержащее 0.5-50% порошка металла, 36-95% полиолефина и 4-15% карборана или его производных (см. RU 2288207 С1, 27.11.2006).

Недостатки известного твердого металлического горючего состоят в том, что его изготовление связано с применением множества технологических операций и оно также обладает низкой механической прочностью. Кроме этого, энергетические характеристики смесевых горючих невысоки.

Задачей настоящего изобретения является создание твердого металлического горючего с высокой теплотворной способностью (более 90000 МДж/м³), а также способа его воспламенения.

В результате достигается технический результат, заключающийся в значительном повышении энергетических характеристик и эксплуатационных параметров воздушно-реактивных и ракетных двигателей, в которых применяется заявленное твердое металлическое горючее.

Технический результат достигается посредством создания твердого металлического горючего, которое представляет собой монолитное изделие, изготовленное из титана или сплава титана, имеющее формы и размеры, позволяющие разместить его в камере сгорания прямоточного воздушно-реактивного или ракетного двигателя.

Кроме этого, технический результат достигается посредством создания способа воспламенения заявленного твердого металлического горючего, в котором набегающим высокоэнтальпийным воздушным потоком воспламеняют инициатор, расположенный перед твердым металлическим горючим, представляющий собой пористое изделие, изготовленное из спеченного порошка по меньшей мере одного материала, выбранного из группы, включающей в себя титан, железо, магний, алюминий, бор и/или их порошковые оксидно-металлические смеси.

Монолитное изделие из титана или сплава титана может быть изготовлено любым известным способом, не раскрываемым конкретно в рамках настоящего изобретения. В частности, может быть использован титановый прокат с дальнейшей механической обработкой.

Химическая инертность титана, обусловленная наличием прочной оксидной пленки на его поверхности, его прочность, взрывобезопасность и пожаробезопасность значительно упрощают эксплуатацию, транспортировку и хранение твердого металлического горючего в любых климатических условиях и позволяют работать с ним персоналу без особых требований к уровню квалификации.

Инициализация горения заявленного твердого металлического горючего происходит путем воспламенения высокоэнтальпийным воздушным потоком в камере сгорания прямоточного воздушно-реактивного или ракетного двигателя инициатора, представляющего собой изделие, изготовленное, например, из спеченного порошка титана или сплава титана, располагающееся в камере сгорания перед блоком горючего. Инициатор имеет пористую структуру для увеличения активной поверхности, участвующей в процессе воспламенения.

После воспламенения инициатора высокотемпературными продуктами сгорания осуществляется воспламенение монолитного твердого металлического горючего с использованием окислителя (кислорода) из набегающего воздушного потока. Дальнейший процесс горения твердого горючего поддерживается за счет набегающего воздушного потока и высокой температуры в камере сгорания, с истечением продуктов через сопло двигателя.

Инициатор с остаточной пористостью 10-60% изготавливается методами порошковой металлургии, что позволяет создать структуру материала, способную воспламеняться от набегающего в прямоточный воздушно-реактивный или ракетный двигатель сверхзвукового или гиперзвукового воздушного потока и обеспечивает широкую вариативность параметров процесса воспламенения.

1. Твердое металлическое горючее для прямоточного воздушно-реактивного или ракетного двигателя, отличающееся тем, что оно представляет собой монолитное изделие, изготовленное из титана или сплава титана, имеющее формы и размеры, позволяющие разместить его в камере сгорания двигателя.

2. Способ воспламенения твердого горючего по п. 1, в котором набегающим высокоэнтальпийным воздушным потоком воспламеняют инициатор, расположенный перед твердым металлическим горючим, представляющий собой пористое изделие, изготовленное из спеченного порошка по меньшей мере одного материала, выбранного из группы, включающей в себя титан, железо, магний, алюминий, бор и/или их порошковые оксидно-металлические смеси.