Углеводородное горючее на основе керосина с присадками для повышения энергетической эффективности ЖРД

• Автор: Ташев, Виталий Петрович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР РАБОТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ПРИСАДОК К ГОРЮЧЕМУ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
1Л Использование растворов высокомолекулярных полимеров для повышения энергетической эффективности ЖРД
1.2 Исследовательские работы по созданию гиперголического топлива
1.3 Выводы по главе
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАСТВОРОВ ПИБ В КЕРОСИНЕ
2.1 Объекты исследования
2.2 Методы проведения исследований
2.3 Обобщенные результаты исследований
2.3.1 Результаты определения показателей качества по ТУ 38.001244-81.
2.3.2 Результаты испытаний на сохраняемость
2.3.3 Результаты измерения давления насыщенных паров
2.3.4 Результаты определения поверхностного натяжения
2.3.5 Результаты определения теплотехнических характеристик
2.3.6 Результаты хромато-масс-спектрометрического исследования
2.4 Выводы по главе
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДОБАВКИ ПИБ НА ПОЛНОТУ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА
3.1 Исследование влияния добавки полиизобутилена к керосину на мелкость распыливания
3.1.1 Описание установки для исследования распыла
3.1.2 Лазерный измеритель дисперсности распыла капель
3.1.3 Методика проведения испытаний и результаты измерений
3.2 Исследование влияния добавки полиизобутилена к керосину на полноту сгорания топлива
3.2.1 Описание огневого стенда для испытаний ЖРДМТ
3.2.2 Описание конструкции смесительной головки
3.2.3 Результаты огневых экспериментов и теоретических расчетов

3.3 Выводы по главе
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ КЕРОСИНА С ПИРОФОРНЫМИ ДОБАВКАМИ
4.1 Результаты термодинамического расчета горения и истечения топлива ВПВ - керосин с пирофорными добавками
4.2 Лабораторные исследования по самовоспламенению топливной пары керосин-ВПВ
4.3 Результаты огневых испытаний РД МТ на самовоспламеняющихся экологически чистых компонентах
4.4 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список сокращений
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследовании. Одним из главных и весьма сложных вопросов при проектировании ракет-носителей (PH) является выбор компонентов топлива (КТ). Несмотря на обилие химических веществ, пригодных для использования в качестве компонентов ракетного топлива (КРТ), далеко не все из них нашли применение в ракетной технике [1]. Кроме высокой энергетики, КРТ должны отвечать множеству разнообразных, порой противоречивых, экономических, эксплуатационных, экологических и иных требований [2].
Экологически чистые и высокоэнергетические топливные пары, такие как «жидкий кислород - жидкий водород» (ЖК-ЖВ), «жидкий кислород — сжиженный природный газ» (ЖК-СПГ) наиболее перспективные топлива для будущего применения. Однако криогенные компоненты ЖВ и СПГ пока еще весьма дороги и их эксплуатационные показатели не высоки. В реальных условиях ракетчики предпочитают использовать компоненты безопасные и простые в эксплуатации, а также те, для которых уже налажена инфраструктура. Из-за высокой токсичности и дороговизны производство топлива «гептил — амил» прекращено и не рассматривается при проектировании перспективных PH. Основным углеводородным горючим для ракетных двигателей на сегодняшний день остается керосин.
Как ракетное горючее, в паре с ЖК керосин широко используется для одной или нескольких ступеней многих PH: все семейство Р-7 (СССР/Россия), «Зенит» (СССР/Украина), «Энергия» (СССР), Saturn-I/IB/V, Delta I-Ш, Atlas (США), N1, N2, Н1 (Япония). Китай также планирует использование керосина в перспективном семействе PH модульной конструкции [3].
На первый взгляд топливо «керосин — ЖК» достигло высокой степени проработки, и дальнейших перспектив повышения энергетических возможностей ЖРД на этих компонентах не просматривается. Тем не менее в 1970-1980-х годах химиками было найдено решение для увеличения энергетических показателей керосина. Было разработано и передано в эксплуатацию несколько видов

метод определения кислотности, характеризующий содержание органических кислот в топливе, который заключается в извлечении этиловым спиртом из топлива кислых соединений с последующим титрованием раствором КОН в присутствии индикатора;
- метод определения термоокислительной стабильности в статических условиях, заключающийся в окислении топлива в герметической стальной бомбе с последующим определением массы нерастворимого осадка, растворимых и нерастворимых смол;
- метод определения водорастворимых кислот и щелочей, который заключается в извлечении органических кислот и щелочей из топлива и определения величины pH;
- метод определения содержания растворенной воды по методу Карла Фишера (потенциометрическое титрование на автоматическом титраторе);
- метод определения зольности, характеризующей содержание солей органических и минеральных кислот, который заключается в сжигании навески топлива с последующим прокаливанием твердого остатка до постоянной массы;
метод определения давления насыщенных паров с помощью автоматического прибора ЕКАУАР, заключающийся в введении известного объема термостатированного и насыщенного воздухом образца при требуемом соотношении жидкость/пар в вакуумированную камеру и измерении общего давления в камере, эквивалентного давлению паров образца и парциальному давлению растворенного воздуха;
- метод определения поверхностного натяжения путем вытягивания жидких пленок образца, заключающийся в измерении силы, которую надо приложить рамке, контактирующей с поверхностью жидкости, чтобы отделить ее от этой поверхности.
2. Стандартная методика хромато-масс-спектрометрического анализа, применяемая с целью определения в топливе массовой доли следующих групп углеводородов:
- алканы (нормального и изостроения);