Горючее
Изобретение относится к горючему для воздушно-реактивных двигателей и для жидкостных ракетных двигателей. Горючее содержит жидкий при рабочих температурах и давлении ингредиент и дополнительно содержит в виде раствора или суспензии горючее вещество (вещества), твердые при рабочих температуре и давлении. В результате достигается повышение тепловыделения на единицу массы окислителя или смеси, повышается плотность жидкого горючего, улучшается сгорание трудновоспламенимых ингредиентов. 3 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к горючему для воздушно-реактивных двигателей (ВРД) и для жидкостных ракетных двигателей (ЖРД).
Известны различные виды горючего и добавок в горючее (см. пат. России №2205863). Однако для достижения предельной тяги двигателя горючее для ВРД должно удовлетворять условию максимального тепловыделения не в привычном понимании - на единицу массы горючего (подразумевается, при свободном доступе воздуха), а на единицу массы окислителя, затраченного на сжигание этого горючего, так как его количество в рабочем пространстве двигателя ограничено. А для ЖРД горючее должно давать максимальное тепловыделение на единицу массы смеси «горючее-окислитель». Некоторые из таких известных, а также открытых в будущем горючих веществ могут быть в рабочих условиях в твердом состоянии (под рабочими условиями здесь и далее подразумевается температура и давление, при которых происходит хранение горючего в летательном аппарате, его транспортировка к двигателю и подача в камеру сгорания).
Для получения возможности использовать указанные твердые вещества в качестве горючего для ВРД и ЖРД их следует растворить в подходящем горючем веществе, также обладающим хорошим тепловыделением и являющим жидким при рабочих условиях, или в смеси таких веществ.
Кроме того в самолетах, ракетах имеет значение и плотность горючего, так как от этого зависят объем и вес баков. Растворение твердого вещества, обладающего, как правило, большей плотностью позволит также увеличить плотность получившегося горючего.
Более того, некоторые вещества, которые могли бы использоваться в качестве горючего, обладают затрудненным зажиганием, так как требуют предварительного подогрева (например, аммиак). Растворение в таком жидком горючем (в частности, в жидком аммиаке) других горючих веществ, имеющих меньшую температуру начала реакции горения, позволит организовать эффективное сжигание таких «трудновоспламенимых» горючих.
Итак, с целью повышения тепловыделения на единицу массы окислителя или смеси, с целью повышения плотности жидкого горючего, а также с целью улучшения сгорания трудновоспламенимых ингредиентов жидкое горючее, содержащее жидкий в рабочих условиях ингредиент, дополнительно содержит в виде раствора или суспензии вещество (вещества), твердое при рабочих условиях.
Облегчить зажигание трудновоспламенимых веществ, находящихся в газообразном состоянии, можно добавками одного или нескольких газообразных ингредиентов. То есть горючее, содержащее газообразный при рабочих условиях трудновоспламенимый ингредиент, дополнительно содержит в газообразном состоянии один или несколько легковоспламеняющихся ингредиентов.
А облегчить зажигание трудновоспламенимых веществ, находящихся в рабочих условиях в жидком состоянии, можно добавками одного или нескольких твердых (в виде раствора или суспензии) или жидких (в виде раствора или эмульсии) ингредиентов. То есть горючее, содержащее жидкий в рабочих условиях трудновоспламенимый ингредиент, дополнительно содержите виде раствора, суспензии или эмульсии один или несколько легковоспламеняющихся ингредиентов.
Разумеется, возможно и сочетание добавок. Например, трудновоспламенимое жидкое горючее может содержать как растворимые, так и нерастворимые жидкие и твердые добавки (ингредиенты).
Пример 1. Среди нетоксичных веществ наилучшим и на единицу массы кислорода, и на единицу массы смеси (ракетного топлива) обладает водород. Но его использование в ВРД и ЖРД требует больших объемов баков и низких криогенных температур. Среди нетоксичных и недорогих веществ хорошим тепловыделением обладает ацетилен, к тому же он имеет более высокую температуру сгорания. Однако его использование затруднено из-за особенностей его фазового перехода: при охлаждении он переходит в твердое состояние (при -84,1°С).
Для того чтобы использовать ацетилен в ВРД и ЖРД, твердый ацетилен следует растворить в жидком этилене, этане, нитроэтилене, нитроэтане, 1-нитропропане, 2-нитробутане или их смеси.
Пример 2. Хорошим тепловыделение на единицу массы окислителя могут обладать вещества, имеющие невысокую теплоту сгорания на единицу собственной массы, например уротропин. Для подачи его в камеру сгорания его следует растворить в гептиловом спирте, гидразине или в другом подходящем растворителе, каким могут быть, возможно, и сжиженные газы, например аммиак (данных о растворимости уротропина в аммиаке нет).
Пример 3. Распространенным горючим для ВРД и ЖРД является керосин. Для повышения плотности горючего в керосине может быть растворен тринитро-м-ксилол.
Пример 4. Аммиак как горючее трудновоспламеним и на воздухе не горит. Это связано с особенностями равновесной реакции разложения аммиака на водород и азот: реакция эндотермическая и нужное равновесие достигается при невысоких давлениях и высоких температурах. Для создания нужных условий в газообразном аммиаке следует растворить горючий газ (газы), желательно с высокой температурой горения. Например, ацетилен или ацетилен в смеси с этиленом (см. пример 1).
Пример 5. Если подача аммиака в камеру сгорания осуществляется в жидком состоянии, то в жидкий аммиак можно добавить растворяющийся в нем жидкий или твердый горючий ингредиент, например индол. Растворимость веществ в жидком аммиаке изучена недостаточно, но возможно в нем удастся растворить жидкие углеводороды, например пропан, или твердые органические вещества, например тринитро-м-ксилол.
Сгорают горючие в примерах 1-3 практически одновременно. В примерах 4, 5 горючие ингредиенты сгорают поэтапно: сначала легковоспламеняющийся ингредиент, затем начинается самоподдерживающаяся реакция разложения и горения аммиака, и затем происходит сгорание получившегося водорода.
В примерах 2, 3, 5 использованы неоптимальные добавочные ингредиенты, так как обширных справочных данных о тепловыделении на единицу массы окислителя или смеси нет, а взаимная растворимость от различных веществ недостаточно изучена. Требуются необходимые расчеты и эксперименты.
Значение изобретений не ограничивается их применением в настоящее время. Появление новых веществ, синтезированных специально для этой цели, может придать изобретению особую актуальность в будущем.
1. Горючее, содержащее жидкий при рабочих температурах и давлении ингредиент и отличающееся тем, что дополнительно содержит в виде раствора или суспензии горючее вещество (вещества), твердые при рабочих температуре и давлении.
2. Горючее по п.1, отличающееся тем, что представляет собой раствор твердого охлажденного ацетилена в жидком охлажденном этилене, этане, нитроэтилене, нитроэтане, 1-нитропропане, 2-нитробутане или их смеси.
3. Горючее по п.1, отличающееся тем, что представляет собой раствор уротропина в гептиловом спирте или гидразине.
4. Горючее по п.1, отличающееся тем, что представляет собой раствор тринитро-м-ксилола в керосине.
