[go: up one dir, main page]

RU2837769C1 - Топливо для турбореактивного двухконтурного двигателя - Google Patents

Топливо для турбореактивного двухконтурного двигателя Download PDF

Info

Publication number
RU2837769C1
RU2837769C1 RU2024109807A RU2024109807A RU2837769C1 RU 2837769 C1 RU2837769 C1 RU 2837769C1 RU 2024109807 A RU2024109807 A RU 2024109807A RU 2024109807 A RU2024109807 A RU 2024109807A RU 2837769 C1 RU2837769 C1 RU 2837769C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
naphthyl
tert
bypass turbofan
dtbp
Prior art date
Application number
RU2024109807A
Other languages
English (en)
Inventor
Виктор Александрович Кудряшов
Андрей Вячеславович Соловьёв
Сергей Михайлович Сергеев
Валерий Геннадьевич Прокофьев
Ольга Васильевна Шарапа
Оксана Михайловна Соболева
Original Assignee
Федеральное автономное учреждение "25 Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное автономное учреждение "25 Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации" filed Critical Федеральное автономное учреждение "25 Государственный научно-исследовательский институт химмотологии Министерства обороны Российской Федерации"
Application granted granted Critical
Publication of RU2837769C1 publication Critical patent/RU2837769C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к топливам для турбореактивных двухконтурных двигателей, в частности к составам углеводородных топлив, и может быть использовано как основное топливо при автономном полете крылатых ракет воздушного базирования. Топливо для турбореактивных двухконтурных двигателей, содержащее нафтил, дополнительно содержит от 1 до 5% масс. активирующего вещества ди-трет-бутилпероксида, взятых при следующем соотношении компонентов, % масс.: ди-трет-бутилпероксид 1-5, нафтил - остальное. Технический результат - повышение эффективности топлива для применения крылатых ракет воздушного базирования с турбореактивным двухконтурным двигателем за счет увеличения удельного импульса тяги. 4 табл.

Description

Изобретение относится к топливам для турбореактивных двухконтурных двигателей (ТРДД), в частности к составам углеводородных топлив, и может быть использовано как основное топливо при автономном полете крылатых ракет воздушного базирования (КРВБ).
КРВБ являются основными средствами поражения, входящих в состав вооружения самолетов Дальней авиации ВКС России. Боевое применении КРВБ осуществляется в различных метеоусловиях и районах боевых действий. Оперативно-тактической особенностью КРВБ является режим следования по рельефу местности на предельно малых высотах на дозвуковой скорости. В качестве силовой установки используется турбореактивный двухконтурный двигатель работающий на основном топливе - децилин, применяемые резервные топлива - ТС-1, РТ.
Перед авторами стояла задача - разработать топливо для ТРДЦ обеспечивающее устойчивое горение в камере сгорания, повышенный удельный импульс тяги при этом имеющее малые периоды задержки воспламенения (ПЗВ) и время сгорания, а также относиться по номенклатуре токсичных веществ и их концентрации в отходах к классу опасности выше третьего для безопасной эксплуатации личным составом войсковых частей.
Основное топливо, используемое в боевом применении КРВБ является растворитель децилин. Недостатки данного растворителя является сильная токсичность и относится к третьему классу опасности.
Известно топливо для реактивных двигателей топлива ТС-1 топливо по ГОСТ 10227 без присадок (1 - паспорт качества топлива для реактивных двигателей марки ТС-1, высшего сорта №38 от 26.08.2021 г. АО «АНПЗ ВНК»). Является малоопасным продуктом и в соответствии с ГОСТ 12.1.007-76 относиться к четвертому классу опасности.
Недостатки известного топлива при проведении предварительных исследований является: большой период задержки воспламенения 32 мс (ПЗВ) (2 - Zhang Y J, Huang Z H, Wang J H, et al. Shock tube study on auto-ignition characteristics of kerosene/air mixtures. Chinese Sci Bull, 2011, 56: p.1399-1406), большое время сгорания 94,6 мс, низкое давление 432 кПа в реакторе установки. Плотность топлива при 20°С - 795,0 кг /м3.
Используется топливо РТ, с которым проводились исследования, является смесь керосиновой фракции установки гидрокрекинга в количестве 79,3% масс., керосиновой фракции установки гидроочистки керосина в количестве 20,0% масс., керосиновой фракции установки производства базовых масел в количестве 0,7% масс., с добавлением противоизносной присадки Юникор J в количестве 0,0030% масс., антиокислительной присадкой Агидол - 1 в количестве 0,0035% масс. (3 - паспорт качества топлива для реактивных двигателей марки РТ высшего сорта №3007Н от 13.07.2021 г., АО «ТАНЕКО»). Является малоопасным продуктом и в соответствии с ГОСТ 12.1.007-76 относиться к четвертому классу опасности.
Наиболее близкой по технической сущности к данному изобретению, и взятым за прототип, является топливо для реактивных двигателей - нафтил по ТУ 38.001244-81 (4 - Нафтил. Технические условия), ГОСТ РВ 9120-001-2011 (5 - Горючее нафтил. Технические условия) с добавлением антиокислительной присадкой «Агидол - 1» в количестве 0,0054% масс. (4 - паспорт качества топлива нафтил №2 от 18.05.2022 г., АО «АНХК», фиг.1 - прототип).
Нафтил обладает более высокой температурной стабильностью и более жесткими требованиями к составу, включающему существенно меньшее содержание ароматических соединений при практически полном отсутствии олефинов. Топливо нафтил использовалось в советских, а потом и российских ракетных двигателях с конца 1960-х годов с целью унификации и увеличения удельного импульса тяги. Нафтил отличается от РТ и ТС-1 существенно меньшим содержанием фракций, способствующих отложению в двигателе нагара, и несколько большей плотностью (0,833 г/см3 против 0,775 г/см3 и 0,780 г/см3 соответственно), что позволяет залить в баки ракеты больше горючего и тем несколько увеличить полезную нагрузку.
По сравнению с растворителем децилин, топливо нафтил существенно более безопасно в обращении и представляет гораздо меньшую угрозу для окружающей среды в случае утечек и разливов, относится к безопасному четвертому классу.
Несмотря на то, что прототип топлива обладает несколько большей плотностью по сравнению с выше указанными аналогами, однако это топливо имеет низкий прирост удельного импульса тяги по сравнению с РТ, ТС-1.
Технический результат изобретения - повышение эффективности топлива для применения крылатых ракет воздушного базирования с турбореактивным двухконтурным двигателем за счет увеличения удельного импульса тяги.
Указанный технический результат достигается тем, что известное топливо для турбореактивного двухконтурного двигателя, содержащее «нафтил», согласно изобретению дополнительно содержит ди-трет-бутилпероксид при следующих соотношениях компонентов, % масс:
ди-трет-бутилпероксид 1-5
«нафтил» остальное
Компоненты топлива «нафтил» выпускаются в Российской Федерации и доступны к приобретению.
Топливо «нафтил» для автономного полета крылатой ракеты с ТРДД, готовят путем смешения керосиновой фракции и антиокислительной присадки взятых в соотношениях.
В предлагаемой композиции топлива в качестве дополнительной добавки для увеличения удельного импульса тяги используют ди-трет-бутилпероксид (ДТБП), который до сих пор применяется в промышленности в качестве инициатора радикальной полимеризации и тепломеризации. Присадка на базе ДТБП применяется для обеспечения повышения цетанового числа дизельного топлива (5 - Применение присадок в топливах: Справочник. - 3-е изд., доп. - СПб.: ХИМИЗДАТ, 2010. - стр. 65).
Вводимый компонент ДТБП, обладая свойством инициатора радикальной полимеризации позволил провести исследование по возможности применения его для оценки увеличения удельного импульса тяги и как следствие увеличение дальности полета при сохранении массово-габаритной характеристики ракеты или при сохранении дальности, увеличение массы полезной нагрузки (боевого заряда).
Кроме того, были исследованы и другие химические вещества, потенциальные добавки в топливо нафтил, такие как, дибутиловый эфир, изопропилнитрат.
Результат проведенных исследований при температуре реактора лабораторной установки Тр=636 К, коэффициенте избытка воздуха α=2 представлен в таблице 1.
Как видно из результатов исследований, приведенных в таблице 1, при добавлении ДТБП в топливо «нафтил» происходит уменьшение секундного расхода топлива, увеличение тяги и удельного импульса тяги. Таким образом при проведении исследований известных активирующих веществ, добавленных в топливо «нафтил» в определенном соотношении компонентов, значительный эффект показал ДТБП.
Ди-трет-бутилпероксид (ДТБП) представляет собой бесцветную или желтоватую подвижную нерастворимую в воде жидкость.
Химическая формула C8H18O2, молекулярная масса - 146,23 а.е.м.,
плотность при 20°С, кг/м3 - 790,
содержание активного кислорода, % - 10,6,
температура вспышки, °С - 18.
ДТБП кипит с разложением при температуре от 109°С до 110°С.
Это соединение состоит из пероксидной группы, связанной с двумя трет-бутильными группами. Это один из самых стабильных органических пероксидов из большого объема трет-бутильных групп, при хранении после поставки гарантируется в течение шести месяцев. В России вырабатывается по ТУ 6.05-2026-86 на АО «Казаньоргсинтез» (6 - Применение присадок в топливах: Справочник. - 3-е изд., доп. - СПб.:ХИМИЗДАТ, 2010. - стр. 66).
При просмотре источников научно-технической информации не было выявлено добавления в топливо «нафтил» ДТБП для обеспечения эксплуатации крылатых ракет с ТРДД.
Для обоснования количественного содержания компонентов в топливе были приготовлены образцы, указанные в таблице 2, которые прошли испытания на изготовленной совместно с Институтом химической физики РАН в 2013 году установкой постоянного объема перепускного типа «Пламя». Она предназначена для измерения нормальных скоростей распространения пламени в газовых и капельно-газовых смесях и ПЗВ указанных смесей в миллисекундном диапазоне (7 - Разработка метода и лабораторной установки по определению характеристик горения топлив для гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей» шифр «Гиперзвук-12»: отчет о НИР / С.М. Сергеев [и др.]. - М.: 25 ГосНИИ МО РФ, 2013. - 67 с. - инв. 4101).
Эксперименты проводились по методике, описанной в СТО 08151164-0144-2013 «Методика определения характеристик горения углеводородных топлив на лабораторной установке «Пламя» с некоторыми дополнениями.
Возможность использования активирующих веществ для управления воспламенением и горением перспективных топлив в условиях работы ТРДЦ обусловлена их свойствами, способствующими активации горения за счет образования свободных радикалов, инициирующих самовоспламенение (8 - Исследования эксплуатационных свойства углеводородных ракетных горючих с добавкой промоторов. Отчет по НИР «Интервидение - 21». - «25 ГосНИИ химмотологии Минобороны России», 2022. - 134 с, инв. 5702 с.).
Режим проведения испытаний: температура реактора (Тр) - 636 К, начальное давление в реакторе (Рр) - 101,3 кПа, коэффициент избытка воздуха α от 1 до 2. Получены экспериментальные данные: ПЗВ - период задержки воспламенения, τ - время сгорания топливо-воздушной смеси (ТВС), Рмах - максимальное давление в реакторе установки во время сгорания ТВС, J - удельный импульс тяги. Результаты проведенных исследований образцов прототипа топлива «нафтил» с добавлением ДТБП в определенных отношениях компонентов представлены в таблице 3.
Из результатов испытаний, представленных в таблице 3, видно, что образцы под номерами 3,4,5 наиболее полно отвечают требованиям, предъявленным к топливам, эксплуатируемым в полете крылатой ракеты, т.е. имеют более низкую чем у прототипа (образец №1) ПЗВ, время сгорания, повышенное давление при сгорании, повышенный удельный импульс тяги, что достигнуто введением в ее состав ДТБП.
Горение с повышением давления позволяет уменьшить энтропию процесса, что приводит к увеличению полезной работы. При этом снижается удельный расход топлива.
Удельный импульс тяги - один из основных показателей эффективности ТРДД. Увеличивая удельный импульс, мы увеличиваем массу полезной нагрузки при том же количестве топлива.
Из представленных данных видно, что эффективность процесса горения улучшается при добавлении в топливо «нафтил» от 1 до 5% масс. ДТБП. При добавлении 5% масс. ДТБП и коэффициенте избытка воздуха α=2, достигается максимальный удельный импульс тяги, разница показателей с прототипом в 1,6 раза, время сгорания ТВС уменьшается в 1,23 раза, ПЗВ уменьшается в 1,58 раза, уменьшается секундный расход топлива в 1,28 раз. Содержание ДТБП в пусковом топливе свыше 5% масс. практически не приводит к дальнейшему улучшению характеристик горения образцов топлива.
Для проведения оценки физико-химических свойств в лабораторных условиях приготовлен образец прототипа топлива «нафтил» с добавлением ди-трет-бутилпероксида. Использовались стандартные методы испытания в соответствии с ТУ 38.001244-81 с изменениями №1-4 (4 - Нафтил. Технические условия). Полученные результаты представлены в таблице 4.
Оценка физико-химических свойств модернизированного топлива для ТРДД показала, что топливо «нафтил» в заданном количестве и дополнительно добавленным 5% масс. ДТБП, практически не оказывает влияния на изменение физико-химических свойств топлива и по основным показателям соответствует требованиям ТУ 38.001244-81. Снижение температуры начала перегонки говорит об улучшенной испаряемости модернизированного горючего по сравнению с прототипом, что является положительным моментом, особенно для полета крылатой ракеты при низких отрицательных температурах окружающей среды.
Топливо для ТРДД, согласно изобретению, готовят путем введения расчетного количества ДТБП в топливо «нафтил» при выполнении пунктов регламента технического обслуживания крылатой ракеты во время подготовки топлива к заправке в топливные баки или на заводе изготовителе.
Таким образом, дополнительное введение 5% масс. ДТБП в совокупности с присадкой, находящимися в топливе «нафтил» в заданном количестве, позволяет относительно прототипа повысить удельный импульс тяги не менее чем в 1,6 раза, время сгорания ТВС уменьшить в 1,23 раза, ПЗВ и секундный расход топлива уменьшить в 1,58 раза и 1,28 раз соответственно.
Использовав активирующее вещество ДТБП в совокупности с известным топливом «нафтил», позволяет считать его модернизированным так как повышает удельный импульс тяги и называться «нафтил-М».

Claims (2)

  1. Топливо для турбореактивного двухконтурного двигателя, содержащее «нафтил», отличающееся тем, что дополнительно содержит ди-трет-бутилпероксид при следующем соотношении компонентов, % масс.:
  2. Ди-трет-бутилпероксид 1-5 «Нафтил» остальное
RU2024109807A 2024-04-11 Топливо для турбореактивного двухконтурного двигателя RU2837769C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2837769C1 true RU2837769C1 (ru) 2025-04-04

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4208190A (en) * 1979-02-09 1980-06-17 Ethyl Corporation Diesel fuels having anti-wear properties
WO2005105959A1 (en) * 2004-04-22 2005-11-10 Exxonmobil Research And Engineering Company Process to upgrade hydrocarbonaceous feedstreams
WO2006047745A1 (en) * 2004-10-27 2006-05-04 The Lubrizol Corporation Asphaltene inhibition
RU2292380C1 (ru) * 2005-12-14 2007-01-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт по переработке нефти" Способ получения топлива для летательных аппаратов
RU2439104C2 (ru) * 2007-04-27 2012-01-10 Мицуи Кемикалз, Инк. Полимерная композиция и формованное изделие, полученное из данной композиции
RU2480514C2 (ru) * 2007-07-16 2013-04-27 Басф Се Стабилизирующая синергическая смесь и ее применение
RU2512083C2 (ru) * 2008-07-31 2014-04-10 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Жидкие топливные композиции

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4208190A (en) * 1979-02-09 1980-06-17 Ethyl Corporation Diesel fuels having anti-wear properties
WO2005105959A1 (en) * 2004-04-22 2005-11-10 Exxonmobil Research And Engineering Company Process to upgrade hydrocarbonaceous feedstreams
WO2006047745A1 (en) * 2004-10-27 2006-05-04 The Lubrizol Corporation Asphaltene inhibition
RU2292380C1 (ru) * 2005-12-14 2007-01-27 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт по переработке нефти" Способ получения топлива для летательных аппаратов
RU2439104C2 (ru) * 2007-04-27 2012-01-10 Мицуи Кемикалз, Инк. Полимерная композиция и формованное изделие, полученное из данной композиции
RU2480514C2 (ru) * 2007-07-16 2013-04-27 Басф Се Стабилизирующая синергическая смесь и ее применение
RU2512083C2 (ru) * 2008-07-31 2014-04-10 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Жидкие топливные композиции

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US2393594A (en) Operation of internal-combustion engines
Makovky et al. Nitromethane-physical properties, thermodynamics, kinetics of decomposition, and utilization as fuel
US2474183A (en) Rocket propulsion by reacting
RU2837769C1 (ru) Топливо для турбореактивного двухконтурного двигателя
EP0037815A4 (en) UNIVERSAL FUEL FOR ENGINES.
US3088272A (en) Stable propellants
US2842432A (en) Supplementary fuel mixture for cold starting diesel engines
US4099931A (en) High density liquid ramjet fuel
US2993768A (en) Liquid monofuel and method of forming
Krishnamachary et al. Polycyclic alkanes based high density hydrocarbon fuels preparation and evaluation for LFRJ application
US3914934A (en) Low temperature high flash point turbine engine fuel
US1849051A (en) Fuel oil for compression ignition engines
US4219374A (en) Monopropellant composition
US2970428A (en) Trithioborate rocket fuel
US3043099A (en) Monopropellant fuel
US2947618A (en) Liquid fuels for reaction motors
US3163504A (en) Combination anti-icing additive for jet fuels
US3113426A (en) Cyclododecane as a high energy fuel
US3058300A (en) Isopropylbicyclohexyl fuel
US3113420A (en) 5, 5-dimethyl-4, 6-methanospiro [2.5] octane as a new compound and use as a high energy fuel
US2750732A (en) Self-igniting fuel and a method of using same
RU2778015C1 (ru) Эмульсионный взрывчатый состав
US3113419A (en) Tricyclic monospirane hydrocarbons as high energy fuels
US2865727A (en) Rocket motor liquid propellant combination
US3161016A (en) Strained monocyclohexane hydrocarbons as high energy fuels