ТОПЛИВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО ДЕТОНАЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
DETONATION JET FUEL

Настоящее изобретение относится к топливам для реактивных двигателей, в частности к составам углеводородных топлив, содержащих присадки (продетонаторы), повышающие детонационную чувствительность углеводородного топлива.
Известно, что одним из наиболее эффективных методов повышения детонационной способности является введение в топливо активирующих добавок - продетонаторов [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 алкил производных 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 «Добавка к бензину и дизельному топливу» («Gasoline and fuel additive») [3]. Имея существенные преимущества перед предшествовавшими аналогами, указанному техническому решению присущи некоторые недостатки: пероксид водорода, используемый в добавке, содержит в своем составе воду, и в случае использования данной добавки к реактивным углеводородным топливам, используемым на летательных аппаратах на определенных высотах, при понижении температуры вода может кристаллизоваться и затруднять подачу топлива через форсунки. Также пероксид водорода в смеси со спиртами в присутствии катализаторов, в качестве которых могут выступать конструкционные материалы систем подачи топлива, может воспламеняться, что снижает безопасность применения топлива в смесь с данной добавкой.
Технической задачей настоящего изобретения является создание топлива для импульсного детонационного двигателя с увеличенной чувствительностью к детонационному импульсу и улучшенными условиями его детонационного сжигания в камере импульсного детонационного двигателя при введении в него добавки, состоящей из
1) продетонатора - пероксида бензоила;
2) растворителя - бензола
для получения состава углеводородного топлива импульсного детонационного двигателя на основе дизельного топлива с составом, мас.%:
углеводороды
96,3-81,6
пероксид бензоила
0,5-2,5
бензол
3,2-15,9
Сравнительный анализ технического решения с известным показывает, что заявляемое техническое решение отличается тем, что топливная композиция содержит пероксид бензоила, в качестве растворителя использован бензол. Пероксид бензоила по сравнению с пероксидом водорода является более стойким к разложению соединением, более безопасным в эксплуатации и менее гигроскопичным. Также пероксид бензоила обладает более высоким продетонационным эффектом, повышающим чувствительность дизельного топлива к детонационному импульсу.
Топливную композицию согласно данному изобретению готовят следующим способом:
1) предварительно растворяют пероксид бензоила в бензоле;
2) полученный раствор пероксида бензоила в бензоле вводят в дизельное топливо.
Активирующий эффект пероксида бензоила обусловлен заменой первичного разложения углеводорода горючего более энергетически выгодной реакцией разложения продетонатора. По литературным данным [2] разложение продетонаторов происходит с энергией активации 0,15…0,19 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.
Добавка предварительно растворенного в бензоле пероксида бензоила в дизельное топливо оказывает влияние на увеличение кислотности топливной композиции в целом вследствие окисления углеводородного топлива и несколько снижает температуру воспламенения топливной композиции.
Бензольный раствор пероксида бензоила не теряет химических свойств при хранении с температурой воздуха 20°С в закрытом непрозрачном резервуаре не более 230 суток, следственно приготовленная топливная композиция при соблюдении данных условий хранения не теряет своих химических свойств около 230 суток.
Полезность добавки предварительно растворенного в бензоле пероксида бензоила к дизельному топливу станет очевидна и следующего примера.
ПРИМЕР
Приготовлена согласно данному изобретению топливная композиция со следующим составом, мас.%:
дизельное топливо
92,6
пероксид бензоила
1
бензол
6,4
В качестве топливно-воздушной смеси использовали стехиометрическую смесь паров приготовленной топливной композиции на основе дизельного топлива с воздухом.
Активность топливной композиции была оценена по скорости детонационного горения топливно-воздушной смеси в стехиометрическом соотношении в нагретой до 170°С полузамкнутой цилиндрической детонационной камере при инициировании взрывающейся от электрического разряда алюминиевой проволочкой с энергией инициирования 49-50 Дж.
По экспериментальным данным скорость детонационного горения предлагаемого состава детонационно чувствительного топлива для импульсных детонационных двигателей составляет не менее 1200 м/с, что в 1,7 раза выше скорости детонационного горения чистого дизельного топлива при таких же условиях.
По экспериментальным данным известно, что при увеличении содержания пероксида бензоила в дизельном топливе скорость горения растет до максимальной величины, которая достигается при растворении пероксида бензоила в дизельном топливе в соотношении 2,5% мас. При дальнейшем повышении концентрации пероксида бензоила в дизельном топливе продетонационный эффект повышается незначительно, но также увеличивается кислотность топливной композиции, что усложняет эксплуатационные свойства.
Данную топливную композицию предполагается использовать в импульсных детонационных двигателях авиационной и ракетно-космической техники.
Представленная топливная композиция решает проблему создания детонационно чувствительного углеводородного топлива для импульсных детонационных двигателей на основе дизельного топлива.
Источники информации, принятые во внимание
1. Лернер М.О. Химические регуляторы горения моторных топлив. - М.: Химия, 1979.
2. Соколик А.С. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах. - М.: АН СССР, 1960.
3. Патент US №4294586, 13.10.1981 г.
4. Патент US №4286969, 01.09.1981 г.