Топливо для гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя

Изобретение описывает топливо для гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ГПВРД) на основе синтетического высокоплотного горючего Т-10, при этом в топливо дополнительно введен промотор горения - трет-бутилгидропероксид и антиоксидант – ионол ( мас.%)

горючее Т-10 95,495-94,492 трет-бутигидропероксид 4,5-5,5 ионол 0,005-0,008

Технический результат заключается в создании топлива для ГПВРД с увеличенными сроками хранения, увеличенной нормальной скоростью горения и уменьшенным периодом задержки воспламенения при сжигании в турбулентном потоке в камере ГПВРД при введении в него трет-бутилгидропероксида в качестве промотора горения и ионола в качестве антиоксиданта. 1 пр., 1 табл.

 

Настоящее изобретение относится к топливам для реактивных двигателей, в частности к составам углеводородных топлив, содержащих присадки (промоторы горения), повышающие значение нормальной скорости горения и сокращающие период задержки воспламенения углеводородного топлива.

Известно, что одним из наиболее эффективных методов увеличения нормальной скорости горения и сокращения периода задержки воспламенения является введение в топливо активирующих добавок - промоторов горения [1], к которым относятся органические пероксиды.

Известна добавка к углеводородному топливу [4], состоящая из галогенизированного углеводорода, гидропероксида (гидропероксида кумила или третичного гидропероксида бутила), нафталина или алкилпроизводных нафталина и органического растворителя, добавляемая к углеводородному топливу типа мазута, дизельного топлива или бензина в количестве 1-2 части на тысячу и улучшающая стартовые особенности дизельного топлива и далее улучшающая эффективность сгорания. По мнению авторов, пероксид бензоила наименее предпочтителен в качестве гидропероксида, включаемого в добавку. Данное изобретение предполагалось использовать в качестве добавки к топливу для двигателей внутреннего сгорания.

Известна добавка к бензину и дизельному топливу [3], состоящая из спирта, толуола и пероксида водорода в пропорции 16/18/1 для повышения октанового и цетанового числа и увеличения эффективности сжигания топлива. Данное изобретение предполагалось использовать также в качестве добавки к углеводородному реактивному топливу.

Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является «Топливо для импульсно детонационного двигателя» [5]. Имея существенные преимущества перед предшествовавшими аналогами, указанному техническому решению присущи некоторые недостатки: пероксид бензоила, используемый в добавке, является ароматическим соединением, повышающим нагарообразующую способность топлива, кроме этого, данная присадка является твердым веществом, нерастворимым в углеводородных горючих, требующим предварительного растворения в бензоле, который также является ароматическим соединением, и, в случае использования данной присадки к топливу для ГПВРД, скорость горения топлива будет снижаться из-за образования нагара на стенках камеры сгорания.

Технической задачей настоящего изобретения является создание топлива для ГПВРД с увеличенной нормальной скоростью горения и уменьшенным периодом задержки воспламенения при сжигании в камере ГПВРД путем введении в него добавки, состоящей из ТБГП, для получения состава углеводородного топлива для ГПВРД на основе синтетического высокоплотного горючего Т-10 с составом (мас.%):

горючее Т-10 95,495-94,492
трет-бутигидропероксид 4,5-5,5
ионол 0,005-0,008

Сравнительный анализ технического решения с известным показывает, что заявляемое техническое решение отличается тем, что топливная композиция содержит 4,5-5,5% ТБГП и 0,005-0,008% ионола. ТБГП по сравнению с пероксидом бензоила обладает меньшей нагарообразующей способностью и не требует дополнительного растворения для введения в топливо. Также топливная композиция, содержащая 4,5-5,5% ТБГП в сравнении с наиболее близким аналогом, содержащим в топливной композиции 0,7-1% ТБГП [6], обладает более высокими показателями нормальной скорости горения и меньшим периодом задержки воспламенения. Также предлагаемая топливная композиция Т-10 и 4,5-5,5% ТБГП обладает меньшими концентрационными приделами воспламенения в сравнении с ранее предложенными составами [6]. Добавление антиоксиданта ионола 0,005-0,008% к топливной композиции позволяет повысить сохраняемость, продлить сроки хранения топливной композиции и увеличить надежности эксплуатации ГПВРД [8, 9].

Топливную композицию согласно данному изобретению готовят путем непосредственного введения расчетного количества промотирующей присадки и антиоксиданта непосредственно в горючее.

Активирующий эффект ТБГП обусловлен заменой первичного разложения углеводородного горючего более энергетически выгодной реакцией разложения продетонатора. По литературным данным [2] разложение продетонаторов происходит с энергией активации 0,12 - 0,14 МДж/моль вместо 0,37-0,49 МДж/моль в случае углеводородов. Кроме того, наряду с первичным разложением углеводородов возможна замена углеводородных радикалов атомами кислорода, которые служат центрами высокотемпературного воспламенения. Присадка ТБГП к горючему Т-10 оказывает влияние на увеличение кислотности топливной композиции в целом вследствие окисления углеводородного горючего и несколько снижает температуру воспламенения топливной композиции.

Полезность присадки ТБГП и ионола к горючему Т-10 и их массовое содержание в топливной композиции ТБГП 4,5-5,5%, ионол 0,005-0,008% станет очевидна из следующего примера.

ПРИМЕР

Приготовлена согласно данному изобретению топливная композиция с следующим составом (мас.%):

горючее Т-10 95,495-94,492
трет-бутигидропероксид 4,5-5,5
ионол 0,005-0,008

В качестве топливно-воздушной смеси использовали стехиометрическую смесь паров приготовленной топливной композиции на основе горючего Т-10 с воздухом.

Активность горения топливной композиции проводились на лабораторной установке по оценке характеристик горения углеводородных горючих для перспективных двигателей [7, 10]. Конструктивное исполнение лабораторной установки обеспечивает варьирование независимыми факторами процесса: температурой и давлением смеси, количеством вводимого топлива или смеси (жидкость или газ), а также работать от сети с напряжением 220 В и частотой тока 50 Гц.

Установка обеспечивает определение следующих характеристик сгорания:

- нормальных скоростей распространения пламени в газовых и капельно-газовых смесях при начальных температурах от 273 до 600 К и давлениях до 5,0 МПа;

- задержек самовоспламенения указанных смесей при температурах до 1000 К в миллисекундном диапазоне.

Внутренняя поверхность реактора инертна к используемым веществам и продуктам их горения и не обладает каталитическим и другими эффектами, влияющими на скорость горения испытуемых горючих.

Система подготовки и ввода смеси обеспечивает работу как с газообразным, в том числе и смесевым, так и жидким топливом.

На установке предусмотрена возможность отбора проб продуктов сгорания для проведения анализа их состава с использованием современных физико-химических методов исследований.

Исследуемую топливную композицию готовили в мерной емкости и выдерживали там для лучшего перемешивания в течение нескольких часов. Топливно-воздушную смесь готовили непосредственно в смесителе установки, нагретом до температуры, при которой заранее отмеренное количество топлива полностью испаряется в нем, вводится в вакуумированный (или частично заполненный воздухом) смеситель с помощью шприца. По заданному коэффициенту избытка воздуха, зная молекулярную массу топливной композиции и коэффициент соотношения окислителя, рассчитывают ее объем, который необходимо подать в смеситель. Объем подаваемого горючего (его доля в объеме смесителя) контролируется по изменению давления.

После этого смесь вводится в реактор через клапан с регулируемой длительностью перепуска.

Топливная композиция нагревалась в смесителе до 200°С в течение 20 с, затем топливно-воздушная смесь вводится через электромагнитный клапан в камеру сгорания с температурами 300, 350, 400, 450°С.

Полученные экспериментальные данные нормальной скорости горения и периода задержки воспламенения предлагаемой топливной композиции для ГПВРД представлены в таблице 1.

Согласно представленным экспериментальным данным при увеличении температуры в камере сгорания нормальная скорость горения возрастает, а ПЗВ - сокращается.

Также экспериментально установлено, что при дальнейшем повышении концентрации ТБГП в горючем Т-10 рост скорости нормального горения и сокращение ПЗВ очень незначительно, но при этом увеличивается кислотность топливной композиции, что усложняет и ухудшает эксплуатационные свойства топливной композиции.

В свою очередь, добавление антиоксиданта - ионол к топливной композиции в количестве 0,005-0,008% позволило достичь повышения сохраняемости, продления сроков хранения топливной композиции от 6 до 8 мес против 1-2 мес без добавления антиоксиданта.

Представленная топливная композиция решает проблему создания быстрогорящего углеводородного топлива для ГПВРД, с повышенной сохраняемостью, на основе синтетического высокоплотного горючего Т-10.

Источники информации

1. Заманский В.М., Борисов А.А. Механизм и промотирование самовоспламенения перспективных топлив // Итоги науки и техники. Кинетика и катализ. - М.: ВИНИТИ. - 1989. - Т. 19. - С. 87-98.

2. Вильямс Ф.А. Теория горения. - М.: Издательство «Наука» главная редакция физико-математической литературы. - 1971. - С. 250-270.

3. Патент US №4294586, 1981 г.

4. Патент US №4286969, 1981 г.

5. Патент RU №2387701, 2008 г.

6. Патент RU №2484123, 2013 г.

7. СТО 08151164-0144-2013.

8. Позина М.Е. Перекись водорода и перекисные соединения. - М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы. - 1951. - С. 255-270.

9. Шамб У., Сеттерфилд Ч., Вентворс Р. Перекись водорода. - М.: Издательство иностранной литературы. - 1958, С. 445-453.

10. Забайкин В.А., Кобыжский С.А., Петров М.Д. Организация горения керосина в модельном ГПВРД // Физика горения и взрыва. - 1992. - №4. - С. 18-26.

Топливо для гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя на основе синтетического высокоплотного горючего Т-10, отличающееся тем, что в топливо дополнительно введен промотор горения - трет-бутилгидропероксид и антиоксидант - ионол с получением состава ( мас.%):

горючее Т-10 95,495-94,492
трет-бутигидропероксид 4,5-5,5
ионол 0,005-0,008



 

Похожие патенты:

Изобретение описывает многофункциональную композиционную добавку к автомобильному бензину на основе производных ароматических аминов, алифатических спиртов, антиокислительной и моющей присадок, характеризующуюся тем, что в качестве производных ароматических аминов содержит мета-толуидин, и/или N-метил-параанизидин, и/или 2,4-ксилидин и дополнительно содержит вторичные и/или третичные метиловые эфиры С4-С5 углеводородов в следующем соотношении компонентов (% масс.): Мета-толуидин, и/или N-метил-параанизидин, и/или 2,4-ксилидин 10,0-70,0 Алифатические спирты 0-35,0 Вторичные и/или третичные метиловые эфиры С4-С5 углеводородов 6,0-55,0 Антиокислительная присадка 0,2-0,4 Моющая присадка 0,4-0,8 Также раскрывается топливная основа, состоящая из этерифицированного бензина каталитического крекинга и многофункциональной композиционной добавки.

Изобретение раскрывает линию для производства биодизельного топлива из семян масличных культур, которая включает приемный бункер для семян, маслопресс, накопительную емкость для отжатого масла, линию фильтрации, соединенные между собой системой технологических трубопроводов, емкость для отстаивания, емкость для биодизеля и глицерина, при этом дополнительно линия снабжена жаровней, смонтированной над маслопрессом, емкостью для жмыха, расположенной рядом с маслопрессом и блоком подготовки сырья, расположенным за блоком фильтрации масла, который соединен с гомогенизатором и кавитатором, соединенными технологическими трубопроводами с отстойником, где отделяют глицерин, и блоком отгонки метанола, который соединен с дополнительными отстойником и линией фильтрации биодизеля, соединенными с емкостью для готового биодизельного топлива, а блок подготовки сырья включает ротаметр, десольвер, склад метанола и склад щелочи, связанные трубопроводами между собой.

Изобретение относится к способу получения компонентов для (i) получения добавки, подобной дизельному топливу, или для (ii) получения топлива, подобного дизельному, из сырого таллового масла, включающему следующие этапы: обеспечение сырого таллового масла; экстракцию липофильных компонентов, присутствующих в указанном сыром талловом масле, органическим растворителем с получением органического экстракта, содержащего указанные липофильные компоненты; промывку полученного органического экстракта серной кислотой с концентрацией по меньшей мере 90% масс.

Настоящая заявка относится к маркирующей метке для бензинов, представляющей собой гидроксилсодержащие производные ароматического ряда, в которых гидроксильная группа соединена непосредственно с ароматическим ядром, выбранные из ряда резорцина, 4-гексилрезорцина или β-нафтола.

Изобретение относится к топливной композиции для дизелей на основе дизельного топлива с добавлением спирта, эмульгатора, воды, смеси мыл диэтаноламина и олеиновой кислоты, при этом топливная композиция дополнительно содержит присадку ЦД-7К при следующих соотношениях компонентов, мас.%: этанол 5,0-50,0; вода 0,5-7,0; смазывающая присадка ЦД-7К 2,0; смесь мыл диэтаноламина и олеиновой кислоты 0,2; алкенилсукцинимид 0,25-1,0; дизельное топливо - до 100.

Изобретение раскрывает топливо, которое содержит продукт каталитического крекинга текучей среды, содержащей топливную смесь, включающую: i) 93-99,95% масс. материала нефтяной фракции и ii) 0,05-7% масс.

Изобретение относится к способам получения золькеталя - смеси изомеров 2,2-диметил-4-гидроксиметил-1,3-диоксолана и 2,2-диметил-5-гидроксиметил-1,3-диоксолана - путем взаимодействия глицерина и ацетона на кислотном гетерогенном катализаторе, например катионообменной смоле КУ2-8 или цеолите бета, и может быть использовано при производстве оксигенатов, улучшающих эксплуатационные свойства топлив для двигателей внутреннего сгорания.
Изобретение относится к способам получения золькеталя - смеси изомеров 2,2-диметил-4-гидроксиметил-1,3-диоксолана и 2,2-диметил-1,3-диоксан-5-ола - путем взаимодействия глицерина и ацетона на гетерогенном катализаторе, например катионообменных смолах или цеолитах, и может быть использовано при производстве оксигенатов, улучшающих эксплуатационные свойства топлив для двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение раскрывает способ получения антидетонационной добавки к автомобильным бензинам на основе алкил-трет-алкиловых эфиров, осуществляемый путем взаимодействия спирта с изоалкиленсодержащей фракцией, характеризующийся тем, что в качестве спирта используют метанол, в качестве изоалкиленсодержащей фракции - изобутиленсодержащую или изоамиленсодержащую фракцию, выделенный из реакционной массы метил-трет-бутиловый или метил-трет-амиловый эфир смешивают с непрореагировавшим и отделенным от воды метанолом в следующем соотношении, мас.%: Метанол 4-30 Метил-трет-бутиловый или метил-трет-амиловый эфир до 100 Также заявлена топливная композиция автомобильного бензина из углеводородных фракций, содержащая антидетонационную добавку, полученную разработанным способом, в концентрации 3,0-22,0 мас.%.

Изобретение относится к многофункциональной присадке к бензину, содержащей добавку к бензину с моющим действием, которая является производным ангидрида полиизобутенилянтарной кислоты, получаемого путем взаимодействия полиизобутенов или полиизобутенов с мол.
Изобретение относится к способу получения высокооктановых компонентов моторных топлив путем алкилирования изобутана олефинами в жидкой фазе в присутствии фтористоводородного катализатора.

Изобретение раскрывает топливо, которое содержит продукт каталитического крекинга текучей среды, содержащей топливную смесь, включающую: i) 93-99,95% масс. материала нефтяной фракции и ii) 0,05-7% масс.
Изобретение относится к производству противотурбулентных присадок, снижающих гидродинамическое сопротивление в трубопроводах для транспортировки нефти и нефтепродуктов, углеводородного топлива.

Изобретение раскрывает высокооктановый автомобильный бензин с октановым числом не менее 91 ед., определенным по исследовательскому методу, включающий в себя в качестве основного компонента бензиновую фракцию, выкипающую до 225°С, характеризующийся тем, что для повышения детонационной стойкости содержит изопропилбензол и оксигенат, при следующем соотношении компонентов, % масс.: изопропилбензол 2,0-35,0, оксигенат 1,0-23,0, бензиновая фракция до 100,0.

Изобретение раскрывает способ получения неэтилированного авиационного бензина, который включает компаундирование алкилата, изомеризата, ароматических углеводородов каталитического риформинга и монометиланилина, при этом в качестве основы используют дебутанизированную фракцию алкилата 45-135°C, содержащую не более 2 мас.% бутанов, которую получают ректификацией из широкой фракции алкилбензина, а в качестве ароматических углеводородов используют толуол и ксилол, при следующем соотношении компонентов, мас.%: Фракция алкилата 45-135°C 40,0-80,0 Толуол и ксилол 10,0-30,0 Изомеризат 5-35,0 Монометиланилин 0,5-1,5, где массовое соотношение ксилола и монометиланилина находится в интервале от 1:1 до 5:1.

Изобретение раскрывает способ получения неэтилированного авиационного бензина, включающий компаундирование алкилата, изомеризата, ароматических углеводородов каталитического риформинга и монометиланилина, характеризующийся тем, что в качестве основы используют фракцию алкилата 40-135°C, которую получают ректификацией из широкой фракции алкилбензина, в качестве ароматических углеводородов используют толуол и ксилол, при следующем соотношении компонентов, % масс.: Фракция алкилата 40-135°C 40,0-70,0 Толуол и ксилол 20,0-34,0 Изомеризат 5,0-35,0 Монометиланилин 1,0-2,5, при этом массовое соотношение ксилола и монометиланилина находится в интервале от 1:1 до 5:1.

Изобретение относится к неводной суспензии агента снижения гидродинамического сопротивления течению углеводородных жидкостей, которая может быть использована в трубопроводном транспорте нефти и нефтепродуктов при перекачке их в турбулентном режиме течения.

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.

Изобретение относится к химии полимеров в составе добавок, применяемых при транспорте нефти и нефтепродуктов. Описан способ получения агента снижения гидродинамического сопротивления потока углеводородов, представляющего собой стабилизированный порошкообразный высокомолекулярный полиальфа-олефин.

Изобретение описывает многофункциональную эфирную присадку к углеводородсодержащему топливу, которая включает смесь высокооктановых N-замещенных эфиров анилина - N-метил-пара-анизидина и/или N-метил-пара-фенетидина и высокооктановых эфиров анилина - пара-фенетидина и/или пара-анизидина.

Изобретение относится к способу утилизации конденсата, образующегося на спиртзаводах при выпаривании фугата (фильтрата) послеспиртовой барды и кормовых дрожжей, который может быть использован в пищевой, химической, микробиологической, комбикормовой и других отраслях промышленности.

Изобретение описывает топливо для гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя на основе синтетического высокоплотного горючего Т-10, при этом в топливо дополнительно введен промотор горения - трет-бутилгидропероксид и антиоксидант – ионол горючее Т-10 95,495-94,492 трет-бутигидропероксид 4,5-5,5 ионол 0,005-0,008 Технический результат заключается в создании топлива для ГПВРД с увеличенными сроками хранения, увеличенной нормальной скоростью горения и уменьшенным периодом задержки воспламенения при сжигании в турбулентном потоке в камере ГПВРД при введении в него трет-бутилгидропероксида в качестве промотора горения и ионола в качестве антиоксиданта. 1 пр., 1 табл.

Наверх