Топливо для гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2571088:

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

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. 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 мас.% [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 - трет-бутилгидропероксида, сокращающей период задержки воспламенения топливно-воздушной смеси, с получением состава, мас.%:

1,7 - диметилдикарба-клозо-октокарборан	70
горючее Т-10	29-29,5
трет-бутилгидропероксид	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 длинной 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 трет-бутилгидропероксида обусловлен заменой первичного разложения углеводорода топлива более энергетически выгодной реакцией разложения добавки. По литературным данным [8] разложение пероксидов происходит с энергией активации 0,15 … 0,19МДж/моль вместо 0,37 … 0,49 МДж/моль в случае топлива без добавок. Кроме того, наряду с первичным разложением углеводородов возможна замена углеводородных радикалов атомами кислорода, которые служат центрами высокотемпературного воспламенения.

Эффективность применения топлива с присадкой трет-бутилгидропероксидом 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
горючее Т-10	29-29,5
трет-бутилгидропероксид	0,5-1

При испытании на данной установке смеси 1,7 - диметилдикарба-клозо-октокарборан (70%) и Т-10 (30%) без добавки трет-бутилгидропероксида срыв пламени наблюдался при G_B=8,2-8,5 л/мин. При использовании добавки 0,5-1% трет-бутилгидропероксида срыв пламени наблюдался при G_B=8,9-9,2 л/мин. Таким образом, при использовании добавки 0,5-1% ТБГП пределы устойчивого горения горючего Т-10 расширяются до значения расхода 0,4-1 л/мин (на 10-25%).

Данную топливную композицию предполагается 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 №2288207.

7. Патент России №2484123.

8. Соколик А.С. «Самовоспламенение, пламя и детонация в газах», М.: АН СССР, 1960.

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 трет-бутилгидропероксид с получением состава, мас.%:

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

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.

Топливная композиция и ее применение // 2537347

Изобретение относится к бессвинцовой топливной композиции, которая содержит: (а) в качестве основной своей части смесь углеводородов в пределах кипения бензина и (b) небольшое количество смеси добавок, содержащей (i) одно или более соединений п-алкокси-N-алкилароматического амина, имеющего формулу I, в которой, R13 обозначает водород, и R12 обозначает метильную, этильную, пропильную или бутильную группу, и (ii)один или более дициклопентадиенов; при этом компоненты (b)(i) и (b)(ii) присутствуют в смеси добавок в соотношениях в пределах от примерно 1:19 до примерно 4:3.

Усовершенствование, относящееся к топливу // 2529426

Изобретение относится к применению продукта реакции (i) соединения, содержащего фрагмент -NR1R2, где R1 представляет собой группу, содержащую от 4 до 44 атомов углерода, а R2 представляет собой атом водорода или группу R1 , и (ii) карбоновой кислоты, содержащей от 1 до 4 карбоксильных групп, или ангидрида такой кислоты, или хлорида такой кислоты в качестве добавки для улучшения фильтруемости Вх топлива при температурах выше температуры помутнения Вх топлива.

Ракетное горючее // 2523367

Изобретение относится к ракетным топливам для жидкостных, твердотопливных и гибридных ракетных двигателей, а также для экстремальных поршневых и турбореактивных двигателей.

Многофункциональная добавка к автомобильному бензину и топливная композиция, ее содержащая // 2510415

Изобретение относится к многофункциональной добавке к автомобильному бензину, характеризующейся тем, что включает многофункциональную присадку с моющими и антикоррозионными свойствами - 1,0-10,0% масс., стабилизатор цвета пиперазинэтанамин - 0,005-0,3% масс., углеводородную фракцию с температурой кипения внутри интервала температур от 30°C до 330°C - 20-50% масс.

Гибридное эмульсионное топливо // 2501844

Изобретение относится к гибридному эмульсионному топливу, включающему углеводород, воду, спирт и поверхностно-активное вещество, характеризующееся тем, что топливо представляет собой устойчивую эмульсию прямого типа, а в качестве углеводорода используют бензин, или керосин, или дизтопливо при следующем соотношении компонентов, об.%: бензин, или керосин, или дизтопливо - 70, вода - 18-30, спирт этиловый 0-12, ПАВ, ОП-7 - 0,3-0,8.

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. Также раскрывается топливная композиция на основе бензина, содержащая указанную выше добавку. Технический результат заключается в получении добавки к автомобильному бензину, которая обладает высокими антидетонационными свойствами. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

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. С6-C15 алканолэтоксилированных поверхностно-активных веществ; (C) от 0,5 до 10% масс. одного или нескольких солюбилизаторов на основе гликоля; и (D) от 5 до 50% масс. одного или нескольких C1-C4 алканолов; в котором компонент (В) включает смесь этоксилатов С6-C15 алканолов с различным углеродным числом алканольных звеньев и в среднем от 2 до 5 молей этиленоксидных звеньев на моль алканола, где углеродные числа двух этоксилатов С6-C15 алканолов, которые имеют самую высокую долю в массе смеси, отличаются друг от друга по меньшей мере на 1,5 углеродных числа, и причем углеродное число одного из двух этоксилатов С6-C15 алканолов, которые имеют самую высокую долю в массе смеси, находится в интервале от 9 до 11, а другого - в интервале от 12 до 14. Также раскрывается способ получения жидкого концентрата и стабильная эмульсия вода-в-масле, содержащая указанный выше концентрат. Технический результат заключается в уменьшении или исключении образования в жидком углеводородном топливе частиц льда, имеющих средний массовый размер частиц больше 1 мкм, когда указанное жидкое углеводородное топливо охлаждается до температуры в интервале от 0 до -50°С. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 10 пр.

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

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. В указанном способе полимеризацию высших альфа-олефинов проводят в среде фторированных органических соединений на титанмагниевом катализаторе, модифицированном электрон-донорным соединением, с последующей заменой среды фторированных органических соединений на дисперсионную среду, состоящую из триглицеридов жирных кислот. Синтез проводят при заданном соотношении компонентов системы. Противотурбулентная присадка имеет следующее соотношение компонентов: полиолефин (смесь полиолефинов):дисперсионная среда, равное 1:10-1:2. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

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. В указанном способе полимеризация высших альфа-олефинов проводится в среде фторированных органических соединений на титанмагниевом катализаторе с добавлением электрон-донорного модификатора, с последующей заменой среды фторированных органических соединений на дисперсионную среду, содержащую антиагломератор, и представляющую собой высшие алифатические спирты, гликоли, их моно- и дизамещенные простые эфиры и их смеси. Синтез проводят при заданном соотношении компонентов системы. Противотурбулентная присадка содержит, мас.%: полиальфа-олефин (смесь полиальфа-олефинов) 10-40; дисперсионная среда 48-89,9; антиагломератор 0,1-12. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Топливо для гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя // 2584947

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.

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.

Депрессорная присадка к дизельным топливам на основе сополимеров этилена и дизельное топливо на основе этой присадки // 2599778

Изобретение описывает депрессорную присадку к дизельным топливам, которая содержит сополимер низкомолекулярного полиэтилена и стирола, при этом в качестве растворителя она включает органический растворитель и фракцию дизельного топлива с диапазоном температур кипения 200-360ºС, мас.%: сополимер - 10-30 мас.%; органический растворитель - 70-90 мас.%; соотношение раствор сополимера:дизельное топливо - 1:3 или 1:5. Также раскрывается дизельное топливо для умеренного и холодного климата на основе летнего дизельного топлива, содержащее указанную выше присадку в количестве 0,01-0,03 мас.%. Технический результат заключается в создании депрессорной присадки, характеризующейся значительными низкотемпературными характеристиками, которая позволяет на базе летнего дизельного топлива получить дизельного топливо сортов C, D, E, F согласно ГОСТ Р 52368-2005 для умеренной климатической зоны и для районов с холодным климатом. 2 н.п. ф-лы, 6 пр., 2 табл.

Противоизносная присадка к углеводородному топливу // 2600329

Изобретение описывает противоизносную присадку к углеводородному топливу на основе сложных эфиров органических кислот, которая представляет собой продукт, полученный в результате смешения щавелевой кислоты с кубовым остатком производства бутиловых спиртов (КОБС) при следующем соотношении компонентов, % мас: Кубовый остаток производства бутиловых спиртов 77,0-91,0 Щавелевая кислота остальное до 100 и последующего отделения из реакционной массы смеси паров легких углеводородных фракций и воды. Технический результат заключается в повышении противоизносных свойств при сохранении хорошей совместимости с моторным маслом, в исключении применения товарных продуктов (2-этилгексанола), в исключении применения растворителя (циклогексана), в упрощении способа получения, в сокращении продолжительности приготовления, в сокращении материальных и энергетических затрат. 1 з.п.ф-лы, 3 табл., 5 пр.

Многофункциональная добавка к авиационным бензинам (варианты) // 2605953

Изобретение раскрывает многофункциональную добавку к авиационным бензинам, которая включает тетраэтилсвинец, 1,2-дибромэтан и 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол, добавка имеет температуру начала кристаллизации не выше минус 40°C и содержит углеводородную фракцию, имеющую температуру конца кипения не выше 201°C, давление насыщенных паров при 38,7°C не более 51 кПа, содержащую не менее 10% масс. ароматических и не более 2% масс. непредельных углеводородов, при следующем соотношении компонентов, % масс.: тетраэтилсвинец 5,0-50,0, 1,2-дибромэтан 3,0-30,0, 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол 0,1-1,0, углеводородная фракция до 100. Также раскрывается многофункциональная добавка к авиационным бензинам, включающая этиловую жидкость TEL-B и углеводородную фракцию, имеющую температуру конца кипения не выше 201°С. Технический результат заключается в получении многофункциональной добавки, которая обладает лучшими низкотемпературными свойствами и при введении в авиационный бензин улучшает его антидетонационные свойства, а также химическую стабильность. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 табл.

Способ получения противотурбулентной присадки с рециклом мономера // 2606975

Изобретение относится к производству противотурбулентных присадок, снижающих гидродинамическое сопротивление в трубопроводах для транспортировки нефти и нефтепродуктов. Описан способ получения противотурбулентной присадки с рециклом мономера с (со)полимеризацией в массе высших α-олефинов до заданной степени конверсии 5-15%. Образование раствора (со)полимера в мономере включает осаждение (со)полимера за счет контакта реакционной смеси с осадителем с одновременной остановкой процесса полимеризации. В качестве осадителя используют вещество с температурой кипения выше температуры кипения мономера. Перед осаждением полученного (со)полимера осадитель помещают в отдельный реактор осаждения и нагревают его до температуры 40-75°С. Подачу полимеризата в осадитель осуществляют при избытке осадителя в об. соотношении полимер : осадитель от 1:1,35 до 1:3,8. Осаждение проводят в реакторе осаждения механическим перемешиванием при скорости перемешивания 300 об/мин при одновременной отгонке непрореагировавшего мономера. Антиагломератор добавляют после достижения содержания полимера в суспензии уровня, соответствующего необходимому его количеству в присадке. Технический результат - объединение этапов процесса получения противотурбулентной присадки, обеспечение щадящих условий процесса регенерации непрореагировавшего мономера для сохранения его структуры, сокращение времени нахождения полимера в растворе мономера для уменьшения его механодеструкции. 2 табл., 8 пр.