Регистрация / Вход
Прислать материал

Антитурбулентные присадки жидкотопливных реактивных двигателей

Докладчик: Казарян Мишик Айразатович

Должность: ведущий научный сотрудник инновационно-технологического центра ОСП СФТИ ТГУ, профессор, академик РАН, д. ф.-м.н.

Цель проекта:
1. Оптимизация состава и молекулярно-массовых характеристик высокомолекулярных полимеров и сополимеров высших альфа-олефинов для использования в виде разбавленных растворов в топливных системах жидкостных реактивных двигателей на углеводородном топливе. 2. Синтез серии образцов высокомолекулярных полимеров и сополимеров высших альфа-олефинов с различными значениями концентраций катализатора, сокатализатора, соотношением сомономеров в исходной смеси, при различных температурах (от 0 до 30 град. С); Определение точного значения физико-химических характеристик - молекулярной-массы, молекулярно-массового распределения, состава (со)полимера, способности снижать гидродинамическое сопротивления в разбавленных растворах углеводородных жидкостей.

Основные планируемые результаты проекта:
1. В ходе выполнения ПНИ должны быть получены следующие научно-технические результаты:
Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ, содержащие:
а) анализ научно-технической литературы по применению и производству агентов снижения гидродинамического сопротивления, а также других материалов, относящихся к разрабатываемой теме;
б) обоснование выбора направления исследований, методов и средств изучения структуры и свойств сырья и продуктов для получения полимеров и сополимеров высших альфа-олефинов;
в) результаты анализа физико-химических характеристик экспериментальных образцов агентов снижения гидродинамического сопротивления на основе полимеров и сополимеров высших альфа-олефинов;
г) результаты экспериментальных исследований экспериментальных образцов агентов снижения гидродинамического сопротивления на основе полимеров и сополимеров высших альфа-олефинов;
д) рекомендации и предложения по использованию результатов ПНИ в производственном процессе индустриального партнера, а также в дальнейших исследованиях и разработках;
е) обобщение и оценка полученных в ходе ПНИ результатов, в том числе, оценка эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-технических уровнем, а также оценка полноты решения задач и достижения поставленных целей ПНИ;
ж) технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации антитурбулентных присадок жидкотопливных реактивных двигателей с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера.
Отчет о патентных исследованиях.
Методика синтеза экспериментальных образцов агентов снижения гидродинамического сопротивления на основе полимеров и сополимеров высших альфа-олефинов на катализаторах Циглера-Натта.
Эскизная конструкторская документация для изготовления лабораторной установки для синтеза агентов снижения гидродинамического сопротивления на основе полимеров и сополимеров высших альфа-олефинов.
Лабораторная установка для синтеза агентов снижения гидродинамического сопротивления на основе полимеров и сополимеров высших альфа-олефинов.
Экспериментальные образцы агентов снижения гидродинамического сопротивления на основе полимеров и сополимеров высших альфа-олефинов, пригодные для использования в топливных системах жидкотопливных реактивных двигателей.
Экспериментальный образец антитурбулентной присадки для жидкотопливных реактивных двигателей.
Лабораторный регламент получения антитурбулентных присадок жидкотопливных реактивных двигателей.
Программа и методики лабораторных экспериментальных исследований экспериментальных образцов агентов снижения гидродинамического сопротивления на основе полимеров и сополимеров высших альфа-олефинов.
Эскизная конструкторская документация для изготовления лабораторного стенда для экспериментальных исследований образцов агентов снижения гидродинамического сопротивления на основе полимеров и сополимеров высших альфа-олефинов
Лабораторный стенд для экспериментальных исследований образцов агентов снижения гидродинамического сопротивления на основе полимеров и сополимеров высших альфа-олефинов
Проект технического задания для проведения ОКР по созданию опытных образцов антитурбулентных присадок жидкотопливных реактивных двигателей.
2. Основные характеристике планируемых результатов:
Лабораторный регламент получения антитурбулентных присадок жидкотопливных реактивных двигателей должен содержать описание лабораторной технологии для синтеза агентов снижения гидродинамического сопротивления на основе полимеров и сополимеров высших альфа-олефинов пригодных для использования в топливных трактах жидкотопливных реактивных двигателей.
Лабораторная установка для синтеза агентов снижения гидродинамического сопротивления на основе полимеров и сополимеров высших альфа-олефинов должна позволять производить дозирование каталитической системы с точностью не менее ±0,01 г по массе готового каталитического комплекса (±0,0001 г по массе катализатора); полимеризовать в ходе одной загрузки от 0,25 до 5 кг мономеров. Дозировка мономеров должна осуществляться с точностью до ±0,5 г.
Экспериментальный образец агента снижения гидродинамического сопротивления на основе полимеров и сополимеров высших альфа-олефинов должен обладать способностью снижать гидродинамическое сопротивление при концентрации в углеводородной среде не более 0,005 % мас.
Экспериментальный образец антитурбулентной присадки для жидкотопливных реактивных двигателей должен представлять из себя раствор полученного экспериментального образца агента снижения гидродинамического сопротивления на основе полимеров и сополимеров высших альфа-олефинов в углеводородной жидкости (керосине или дизельном топливе), концентрацией 0,3 – 0,8 % мас., ее вязкость не должна пре-вышать 60 сСт при 20 °С. Объем полученной антитурбулентной присадки для жидкотопливных реактивных двигателей должен составлять 5л.
Лабораторный стенд для экспериментальных исследований образцов агентов снижения гидродинамического сопротивления на основе полимеров и сополимеров высших альфа-олефинов должен позволять производить измерения коэффициента сопротивления турбулентному течению углеводородной жидкости с вязкостью от 0,5 до 2,5 сСт (при 20 °С) в круглом канале, измерять величину эффекта снижения гидродинамического сопротивления. Должен позволять производить измерения при напряжении сдвига на стенке трубы в интервале 6-32 Па.

3. По результатам патентного поиска сделан вывод, что работа, производимая в рамках проекта является новой и не имеет аналогов за рубежом. Работы по возможности применения раствора полиизубутилена в качестве антитурбулентной присадки для топливной системы ЖРД проводились в НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко, где большинство информации содержится в закрытых отчетах, исследования доступные в открытой печати отражены в отчете.
4. В открытой печати отсутствует информация об аналогах данной разработке в мире. Не смотря на это работы по антитрубулентным присадкам для углеводородных жидкостей, приментельно к транспорту нефти и нефтепродуктов ведутся уже 50 лет, накоплен достаточный опыт по разработке. производству, применению антитрубулентных присадок для трубопроводного транспорта, что может быть использовано, как основа для работ по данному проекту.
5. Синтез серии образцов высокомолекулярных полимеров и сополимеров высших альфа-олефинов с различными значениями концентраций катализатора, сокатализатора, соотношением сомономеров в исходной смеси, при различных температурах (от 0 до 30 град. С) Определение точного значения физико-химических характеристик - молекулярной-массы, молекулярно-массового распределения, состава (со)полимера, способности снижать гидродинамическое сопротивления в разбавленных растворах углеводородных жидкостей.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Полученные результаты могут быть использованы для создания малотоннажного производства агента снижения гидродинамического сопротивления адаптированного для использования в топливных системах жидкостных реактивных двигателей на углеводородном топливе.
2. Участие в выставках и проведение презентаций с указанием основных достоинств полученных образцов.
3. Планируемые результаты могут оказать влияние на развитие исследований в области применения агентов снижения гидродинамического сопротивления в топливных системах жидкотопливных реактивных двигателей. Работы в данном направлении могут дать высокие экономические результаты, особенно при применении в топливных магистралях маршевых жидкостных ракетных двигателей ракет-носителей.


Текущие результаты проекта:
В ходе проведения 1 этапа работ по проекту были получены следующие результаты:
выполнены патентные исследования по ГОСТ 15.011-96.
выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы по применению и производству агентов снижения гидродинамического сопротивления. В данном отчете также подробно рассмотрены теоретические подходы к объяснению природы эффекта Томса, сделаны выводы относительно перспективных направлений исследований.
Для получения антитурблентных присадок жидкотопливных реактивных двигателей перспективно использовать сверхвысокомолекулярные полимеры высших альфа-олефинов, т.к. они позволяют получить концентрированный раствор (антитурбулентную присадку), объем которой будет приемлемым для использования в ракетных двигателях, также полимеры высших альфа-олефинов умеренно устойчивы к сдвиговой деструкции в условиях развитого турбулентного течения, что позволит снизить коэффициент гидравлического сопротивления топливной системы в целом и избежать при этом перегрева двигателя.