Автоматизированная установка для определения энерго-баллистических характеристик жидких углеводородных горючих

Авторы патента:

Сергеев Сергей Михайлович (RU)

Масюков Максим Владимирович (RU)

Петрухин Николай Васильевич (RU)

G01N33/22 - топлива, взрывчатых веществ

Владельцы патента RU 2712227:

Федеральное автономное учреждение "25 Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации" (RU)

Изобретение относится к области испытаний материалов, в частности жидких углеводородных горючих для исследования применимости жидких углеводородных горючих с требуемыми характеристиками в заданных условиях. Установка содержит установленную с возможностью колебаний обогреваемую рабочую камеру в виде открытого с одного торца цилиндрического корпуса, на открытом торце которого размещены с возможностью замены или мембрана, или заглушка, канал подачи горючего в рабочую камеру, в которой на фиксированном расстоянии друг от друга со стороны открытого торца установлены датчики давления, и средство поджига (подрыва) топливно-воздушной смеси. При этом она дополнительно содержит блок непрерывной подачи углеводородного горючего в канал подачи рабочей камеры, датчик температуры в зоне впрыска горючего, датчик фиксации вспышки в зоне поджига (подрыва) топливно-воздушной смеси, блок фиксации горизонтальных, продольных и вертикальных отклонений корпуса рабочей камеры в момент разрыва мембраны, блок создания разрежения в корпусе рабочей камеры и блок управления последовательностью операций. К входам блока управления подключены датчики давления, датчик температуры в зоне впрыска горючего, блок фиксации горизонтальных, продольных и вертикальных отклонений корпуса рабочей камеры, датчик фиксации вспышки, а выходы этого блока соединены с исполнительными механизмами обогревателя корпуса рабочей камеры, средства поджига (подрыва) топливно-воздушной смеси, блока подачи в рабочую камеру углеводородного горючего и блока создания разрежения в корпусе рабочей камеры. Достигается расширение перечня определяемых показателей с одновременным повышением точности и оперативности измерения. 3 ил., 2 пр.

Изобретение относится к области испытаний материалов, в частности, жидких углеводородных горючих путем автоматизированного определения особым способом энерго-баллистических характеристик - единичного удельного импульса тяги I_уд и периода задержки воспламенения (ПЗВ) - для исследования применимости жидких углеводородных горючих (УВГ) с требуемыми характеристиками в заданных условиях, и может быть использовано в автоматизированных системах создания и исследования новых композиций топлив на основе УВГ.

Одна из проблем создания современных летательных аппаратов с улучшенными характеристиками эксплуатируемых в экстремальных условиях заключается в создании УВГ и топливных композиций на их основе с заданными параметрами энерго-баллистических характеристик. В связи с этим имеется два направления исследования: разработка нового УВГ с улучшенными эксплуатационными показателями и модернизация существующих с возможностью эксплуатации в экстремальных условиях УВГ. При этом существует и проблема оценки применимости, единичного удельного импульса тяги I_уд и ПЗВ, создаваемых УВГ и топливных композиций на их основе при использовании в современных химических реактивных двигателях (ХРД) современных летательных аппаратов (СЛА), эксплуатируемых в экстремальных условиях.

Перед авторами стояла задача разработать автоматизированную установку, позволяющую определять не только удельный импульс тяги с высокой точностью и достоверностью, но и дополнительно ПЗВ, а также время сгорания углеводородного горючего, в условиях, сходных с условиями эксплуатации углеводородного горючего в различных системах гражданского и военного назначения, с одновременным сокращением времени испытания (до 15 минут при определении удельного импульса тяги, ПЗВ и времени сгорания углеводородного горючего), исключая субъективность при выполнении измерений.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и взятым за прототип является баллистический маятник (1 - Волков А.В., Загарских В.И., Петрухин Н.В. Применение продетонаторов для активации углеводородов к детонационному горению. // Сб. Всероссийской конференции по физической химии и нанотехнологиям «НИФХИ-90». - М.: НИФХИ, 2008. - С. 73-75, - прототип), состоящий из рабочей камеры, датчика давления, свечи подрыва для инициирования (поджига) подрыва топливно-воздушной смеси (ТВС), электрического обогревателя.

Однако эта установка имеет ряд существенных недостатков, основным из которых является ограниченный перечень исследуемых показателей жидких УВГ, причем, со значительной погрешностью, обусловленной, например, измерением температуры не в камере, а только наружной поверхности корпуса, что также вносит сложность в поддержании заданной температуры в течение определенного отрезка времени. Кроме того, обработка результатов измерений осуществляется по окончании эксперимента и зависит от способностей экспериментатора.

Технический результат изобретения - расширение перечня определяемых показателей с одновременным повышением точности и оперативности измерения удельного импульса тяги, измерения ПЗВ и времени сгорания УВГ за счет создания условий в рабочей камере, приближенных к условиям эксплуатации двигателей, работающих на УВГ.

Указанный технический результат достигается тем, что автоматизированная установка для определения энерго-баллистических характеристик жидких углеводородных горючих, содержащая установленную с возможностью колебаний обогреваемую рабочую камеру в виде открытого с одного торца цилиндрического корпуса, на открытом торце которого размещены с возможностью замены или мембрана, или заглушка, канал подачи горючего в рабочую камеру, в которой на фиксированном расстоянии друг от друга со стороны открытого торца установлены датчики давления, и средство поджига (подрыва) топливно-воздушной смеси, согласно изобретению, дополнительно содержит блок непрерывной или цикличной подачи углеводородного горючего в канал подачи рабочей камеры, датчик фиксации вспышки в зоне поджига (подрыва) топливно-воздушной смеси, блок фиксации горизонтальных, продольных и вертикальных отклонений корпуса рабочей камеры в момент разрыва мембраны, блок создания разрежения в корпусе рабочей камеры и блок управления последовательностью операций, к входам которого подключены датчики давления, датчик температуры в зоне впрыска горючего, блок фиксации горизонтальных, продольных и вертикальных отклонений корпуса рабочей камеры, датчик фиксации вспышки, а выходы соединены с исполнительными механизмами обогревателя корпуса рабочей камеры, средства поджига (подрыва) топливно-воздушной смеси, блока подачи в рабочую камеру углеводородного горючего и блока создания разрежения в корпусе рабочей камеры.

На фиг. 1 представлена блок-схема автоматизированной установки для определения энерго-баллистических характеристик жидких углеводородных горючих.

Фиг. 2 - графическая зависимость давления в рабочей камере от времени (распечатка с прибора);

Фиг. 3 - схема отклонения корпуса рабочей камеры.

Для понимания работы автоматизированной установки приняты условные обозначения:

«а» - момент ввода УВГ в рабочую камеру; «б» - момент окончания дозирования УВГ, начало ПЗВ, «в» - момент окончания длительности ПЗВ и момент воспламенения (момент фиксации вспышки) топливно-воздушной смеси; «г» - момент сгорания 90% ТВС (характеризующей двигатель); «д» -момент окончание горения топливно-воздушной смеси.

Автоматизированная установка для определения энерго-баллистических характеристик (единичного удельного импульса тяги I_уд, ПЗВ) жидких УВГ содержит:

1 - корпус рабочей камеры (РК) в виде цилиндра, диаметром 100 мм из стали, выдерживающей высокое давление;

2 - свеча поджига (подрыва) УВГ в РК;

3 - датчик фиксации вспышки в РК (фотоэлемент);

4 - датчик температуры в РК в зоне впрыска УВГ;

5 -обогреватель корпуса РК (электрический);

6 - мембрана (заменяемая, из различных материалов) или крышка;

7 - фиксатор мембраны;

8 - датчик давления в рабочей камере в зоне поджига (подрыва) ТВС;

9, 10 - датчики давления, установленные на фиксированном расстоянии по длине РК (для определения скорости детонационной волны при подрыве ТВС в РК);

11 - блок подачи УВГ в канал рабочей камеры сжигания через инжектор;

12 - инжектор подачи жидких УВГ в РК;

13 - блок фиксации горизонтальных, продольных и вертикальных отклонений корпуса рабочей камеры;

14 - блок создания разрежения в корпусе РК;

15 - блок управления последовательностью операций;

16 - тросы для подвеса РК.

Все используемые в установке средства выпускаются серийно. В качестве датчика 3 фиксации вспышки, используются фотодиоды ФД-25 (как вариант), имеющие чувствительность в видимом диапазоне 3мА/люмен.

Датчик 4 температуры в РК в зоне впрыска УВГ, как вариант выполнен в виде термопары, выпускаемый СЛА, Eoysncet REX-C100 40А ССР СН402 XNY International Limited и фиксирует температуру от минус 40 до 1000°С; а датчик 8 давления фиксирует динамическое давления до 100 бар, (как вариант Wavephire DPT-950 с измерительным прибором i-phire 240).

Блок 11 подачи УВГ в РК содержит инжектор. Основным требованием к блоку 11 является создание возможности подачи строго определенного, расчетным путем, объема УВГ в рабочую камеру установки. Это достигается конструктивно входящим в блок 11 инжектора.

Блок 13 фиксации горизонтальных, продольных и вертикальных отклонений корпуса РК 1 состоит из акселерометра и высокоскоростной фотовидеокамеры и позволяет точно определять расстояние, на которое отклоняется РК от состояния покоя при разрыве мембраны 6.

Блок 14 создания разрежения в корпусе РК позволяет моделировать условия горения жидких УВГ на высотах, в которых будет использоваться двигательная установка СЛА.

В качестве блока 15 управления последовательностью операций использован компьютер с требованиями не менее Pentium IV, позволяющий с помощью специальной программы осуществлять ввод исходных параметров и вывод результатов в виде цифровых и графических данных (фиг. 2).

Автоматизированная установка для определения энерго-баллистических характеристик функционирует следующим образом.

Пример 1. Необходимо определить ПЗВ и скорость сгорания топлива ТС-1 в условиях запуска прямоточного воздушно-реактивного двигателя (Р_атм=101 кПа). Объем вводимого УВГ 0,6 мл (0, 005 кг).

В открытый торец камеры 1 устанавливают мембрану 6, закрепляют ее фиксатором 7. В соответствии с введенными в блок 15 программой включают нагреватель 5 рабочей камеры и доводят температуру в камере 1 до 300°С (одна из возможных температур при эксплуатации двигателя на ТС-1).

Контроль осуществляют по сигналу датчика температуры 4.

Создают с помощью блока 14 разрежение (необходимое давление) в корпусе рабочей камеры 1, которое контролируют по сигналу датчика 8. Нажимают кнопку «Пуск», по программе блока 15 инжектор 12 подает 0,6 мл УВГ (точка фиг. 2). Срабатывает свеча 2 (точка «б» фиг. 2), происходит подрыв ТВС (точка «в» фиг. 2) в рабочей камере 1, происходит нарастание давления (отрезок времени от точки в до точки «г» фиг. 2.) фиксируемое датчиками 9, 10, происходит разрыв мембраны 7 и выброс продуктов реакции из рабочей камеры 1.

Датчики давления 9, 10, установленные на заданном расстоянии друг от друга, фиксируют нарастание давления по длине камеры 1 и позволяют известным методом определить скорость детонационной волны при подрыве ТВС в рабочей камере (оперативное графическое представление в реальном масштабе времени).

По графической зависимости изменения давления во времени длительность ПЗВ является интервал от точки «б» до точки «в» фиг. 2, длительность периода сгорания ТВС определяется интервалом времени от точки «б» до точки «д» фиг. 2.

Пример 2. Для определения I_уд УВГ в РК осуществляется та же последовательность действий, что и в примере 1, с той только разницей что по заложенной в блоке 15 программе с учетом исходных данных, используется для расчета показатели отклонения корпуса 1 фиг. 3 - сигналы поступают от блока 13 (угол отклонения а, длина подвески L и длина дуги S фиг. 3).

Имея заданные и полученные значения контролируемых величин блок 15 осуществляет расчет единичного удельного импульса по зависимости

где S - длина дуги отклонения (измеряется блоком 13), м;

m - масса подвешенной части установки, равна 16,3 кг;

Т- период колебаний установки при малой амплитуде, рассчитывается в блоке 15;

m_тв - масса УВГ, подаваемого в РК установки, 0,005 кг.

S - длина дуги, в м, рассчитывается по известной зависимости:

где α - угол отклонения установки после подрыва ТВС в РК от положения покоя, град;

L - длина подвеса установки, равная 4,6 м.

Для подтверждения сходимости результатов определения единичного удельного импульса тяги проводилось четыре последовательных определения. Единичный удельный импульс для топлива ТС-1 составил 411 Нс/кг (408, 416, 412, 410), ПЗВ составило - 33,9 мс (34,4; 32,7; 33,6; 35,1), а время сгорания - 13,5 мс(14,2; 13,2; 13,7; 12,9).

Полученные значения показателей не противоречат ранее известным значениям для этого топлива.

Из примеров видно, что заявляемая установка обладает преимуществами перед установкой- прототипом и позволяет увеличить количество определяемых показателей с одного до трех, а использование автоматизированной системы с чувствительными датчиками фиксация вспышки 3, блока 13, датчиками давления 9, 10 и датчика температуры в зоне впрыска горючего 4 в совокупности с известными существенными признаками изобретения - рабочей камеры, установленной с возможностью колебаний, на которой устанавливается разрываемая мембрана и средства поджига.

Оперативность получения данных обусловлена наличием блока 15 совместно с монитором.

Автоматизированная установка для определения энерго-баллистических характеристик жидких углеводородных горючих, содержащая установленную с возможностью колебаний обогреваемую рабочую камеру в виде открытого с одного торца цилиндрического корпуса, на открытом торце которого размещены с возможностью замены или мембрана, или заглушка, канал подачи горючего в рабочую камеру, в которой на фиксированном расстоянии друг от друга со стороны открытого торца установлены датчики давления, и средство поджига (подрыва) топливно-воздушной смеси, отличающаяся тем, что дополнительно содержит блок непрерывной подачи углеводородного горючего в канал подачи рабочей камеры, датчик температуры в зоне впрыска горючего, датчик фиксации вспышки в зоне поджига (подрыва) топливно-воздушной смеси, блок фиксации горизонтальных, продольных и вертикальных отклонений корпуса рабочей камеры в момент разрыва мембраны, блок создания разрежения в корпусе рабочей камеры и блок управления последовательностью операций, к входам которого подключены датчики давления, датчик температуры в зоне впрыска горючего, блок фиксации горизонтальных, продольных и вертикальных отклонений корпуса рабочей камеры, датчик фиксации вспышки, а выходы соединены с исполнительными механизмами обогревателя корпуса рабочей камеры, средства поджига (подрыва) топливно-воздушной смеси, блока подачи в рабочую камеру углеводородного горючего и блока создания разрежения в корпусе рабочей камеры.

Настоящее изобретение относится к лабораторному способу определения количественного содержания моющей присадки AC 900G (на основе монометилового эфира диэтиленгликоля (МЭДЭГ)) в дизельном топливе посредством газовой хроматографии с использованием системы из двух колонок и системы обратной продувки, включающему на первом этапе введение образца дизельного топлива, содержащего монометиловый эфир диэтиленгликоля, с помощью потока газа-носителя из инжектора газового хроматографа с начальным давлением газа-носителя в первую неполярную капиллярную колонку с неподвижной фазой из полидиметилсилоксана с обеспечением направления первого выходящего потока во вторую полярную капиллярную колонку с неподвижной фазой из полиэтиленгликоля, модифицированного нитротерефталевой кислотой, на втором этапе разделение выходящего из первой неполярной капиллярной колонки потока на поток тяжелой фракции углеводородов и поток легкой фракции углеводородов, содержащей монометиловый эфир диэтиленгликоля, с помощью системы обратной продувки дополнительным потоком газа-носителя путем увеличения давления дополнительного потока газа-носителя, подаваемого через систему обратной продувки, с одновременным уменьшением начального давления в первую колонку, и проведение отделенного потока легкой фракции через вторую полярную капиллярную колонку с неподвижной фазой из полиэтиленгликоля, модифицированного нитротерефталевой кислотой, с обеспечением возврата потока тяжелой фракции углеводородов в обратную сторону через первую неполярную капиллярную колонку с неподвижной фазой из полидиметилсилоксана; на третьем этапе пропускание прошедшего вторую полярную капиллярную колонку потока легкой фракции углеводородов, содержащей монометиловый эфир диэтиленгликоля, через детектор и определение количества монометилового эфира диэтиленгликоля.

Способ маркировки взрывчатого вещества // 2708600

Изобретение относится к химическим способам экспертизы взрывчатых веществ. Способ скрытой маркировки взрывчатых веществ заключается во введении во взрывчатое вещество, полученное смешиванием отдельных компонентов, маркирующей композиции, содержащей идентификаторы, количество которых пропорционально количеству технических показателей, подлежащих маркировке.

Манометрическая бомба высокого давления // 2701522

Изобретение относится к области измерительной техники, позволяющей исследовать закономерности горения порохов и твердых топлив в условиях возрастающего давления.

Способ определения предельной температуры применения дизельных топлив // 2701373

Изобретение относится к контролю качества топлив, в частности к определению предельной температуры применения дизельных топлив (ДТ) путем моделирования процесса низкотемпературного расслоения топлива, происходящего в топливных баках машин.

Индикаторный элемент для обнаружения и идентификации разливов жидких углеводородов нефти и нефтепродуктов // 2696982

Изобретение относится к области обнаружения, идентификации и дистанционного мониторинга углеводородных загрязнителей водных сред и может быть использовано для экспрессного визуального обнаружения разливов и утечек жидких углеводородных топлив.

Способ и анализатор для осуществления способа определения содержания оксидов азота в ракетных окислителях // 2695816

Группа изобретений относится к определению оксидов азота в ракетных окислителях и может найти применение в лабораториях для контроля качества ракетных топлив. Способ определения содержания оксидов азота в ракетных окислителях заключается в охлаждении навески окислителя, постоянном измерении мощности светового потока, проходящего через слой паров над поверхностью окислителя, фиксации температуры пробы при достижении максимального значения мощности светового потока и расчете массовой доли оксидов азота.

Способ изменения концентрации взрывоопасной газовой среды на безопасную внутри контейнера // 2695611

Изобретение относится к исследованию материалов, а именно к способам обезвреживания взрывоопасной газовой среды внутри транспортного контейнера, и может быть использовано при работах по вскрытию контейнеров с неизвестной газовой средой, находящихся длительное время в эксплуатации.

Устройство для испытания пиротехнических средств // 2694824

Изобретение относится к устройству для испытания пиротехнических средств, включающему блок сопловый в виде сдвоенного цилиндрического корпуса с датчиками давления, узлами уплотнения, выпуска газов и воспламенения, при этом последний содержит разрушаемый фиксированным давлением элемент, который открывает узел выпуска газов.

Способ определения содержания парафина в нефти, нефтепродуктах и нефтесодержащих отложениях // 2691958

Изобретение относится к способу определения парафина в нефтесодержащих отложениях, включающий осаждение асфальтенов растворителем, отстаивание реакционной смеси в темном месте и ее последующую фильтрацию, удаление растворителя из полученного фильтрата и адсорбцию смолистых веществ оксидом алюминия Al2O3, согласно которому из обессмоленной фракции удаляют растворитель, остаток растворяют в нагретой смеси толуола и ацетона, охлаждают, выдерживают при минусовой температуре, обеспечивающей кристаллизацию парафинов, отфильтровывают на холодном фильтре кристаллизовавшийся осадок парафинов и промывают смесью толуола и ацетона, сохраняя температуру кристаллизации, после чего смывают осадок горячим толуолом, упаривают, сушат до постоянного веса и взвешивают.

Мобильный комплекс контейнерного типа для проведения лабораторных испытаний порохов // 2691680

Изобретение относится к передвижным химико-аналитическим лабораториям, в частности для испытаний порохов. Мобильный комплекс контейнерного типа для проведения лабораторных испытаний порохов размещается в трех контейнерах.

Способ оценки стабильности гидравлических жидкостей для авиационной техники // 2712230

Изобретение относится к области испытаний жидкостей для гидравлических систем авиационной техники, в частности для оценки стабильности гидравлических жидкостей. Способ включает заполнение рабочей жидкостью герметичной термостатируемой емкости, испытание рабочей жидкости в заданных условиях в течение определенного времени и оценивание стабильности гидравлической жидкости по изменению кинематической вязкости при температуре 50°С и кислотного числа. При этом испытуемую рабочую жидкость объемом 10 мл, 20 мл и 30 мл помещают в испытательную емкость, задают условия проведения испытаний: температура гидравлической жидкости - 50°С, 100°С и 150°С, ультразвуковое воздействие на гидравлическую жидкость с частотой 22 кГц и значениями амплитуды - 10 мкм, 20 мкм и 30 мкм. Формируют из 27 этапов цикл испытаний как необходимую и минимально достаточную совокупность режимов испытаний. После завершения каждого из этапов, длительность которых составляет в зависимости от задаваемого значения времени испытания 5 мин, 480 мин и 955 минут, фиксируют изменение кинематической вязкости при температуре 50°С и кислотного числа. По завершении цикла испытаний определяют обобщенные показатели Zисп(эт) отдельно по вязкости кинематической при температуре 50°С и кислотному числу каждой индивидуальной гидравлической жидкости, который сравнивают с обобщенным показателем эталонной гидравлической жидкости. Достигается повышение информативности и достоверности оценки. 1 пр., 4 табл.