Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В соответствии с планом работы на 2025 год выполнены все виды экспериментальных и аналитических исследований. 1. Выполнено обоснование выбора компонентов самовоспламеняющихся топливных систем, которые использовались при проведении экспериментальных исследований. В качестве жидкого горючего компонента использован технический тетраметилэтилендиамин. Такой выбор обусловлен относительной экологичностью и безопасностью тетраметилэтилендиамина для человека, а также достаточно высокой теплотой сгорания. Выбор высококонцентрированной азотной кислоты (HNO3) в качестве окислителя обусловлен ее относительной безопасностью при хранении и использовании в лабораторных условиях. Коллоидный диоксид кремния (торговое название «Аэросил») выбран в качестве загустителя, поскольку это вещество отвечает требованиям, предъявляемым к загустителям при формировании гелеобразных топлив: горючесть, безопасность для окружающей среды и человека, достаточность минимальных концентрации для загущения топлива. Наноразмерные частицы алюминия использованы в качестве высокоэнергетической добавки к загущенному топливу. Алюминий в виде мелкодисперсного порошка отличается пониженной температурой воспламенения и является одним из наиболее дешевых высокоэнергетических компонентов композиционных топлив. 2. Разработаны методики приготовления самовоспламеняющихся топливных систем с использованием выбранных компонентов, основанные на нескольких подходах: 1) загущение жидкого горючего компонента топливной системы; 2) загущение жидкого окислителя; 3) загущение как горючего компонента, так и окислителя. В качестве загустителя использован аэросил. Методика предусматривала применение разных видов смешивающих устройств: мешалка магнитная ZNCL-BS и верхнеприводная мешалка DС-600RM. Концентрация загустителя составляла 5 % масс. при загущении как горючего компонента, так и окислителя. Выполненный анализ седиментационной устойчивости приготовленных гелеобразных образцов позволил установить предельные длительности их хранения, которые составили 96 часов для горючего компонента и окислителя. Установлено, что повторное перемешивание приводит к полному восстановлению гелеобразной структуры загущенным горючим и окислителем. 3. Выполнены аналитические исследования свойств и характеристик приготовленных топливных составов. Измерения поверхностного натяжения, вязкости, плотности выполнены для жидких компонентов самовоспламеняющихся топливных систем при варьировании температуры окружающей среды в диапазоне от -5 до 30 °C. Для загущенного горючего компонента выполнены измерения вязкости и плотности при температуре -5 ÷ 30 °C при варьировании массового содержания загустителя (0..1..3..5 %). Исследована седиментационная устойчивость топливного компонента при введении в его состав твердых высокоэнергетических добавок (1 % мелкодисперсных частиц алюминия) в жидком состоянии, а также при разном содержании загустителя (1..3..5 % масс.). Полученные экспериментальные данные будут использованы при проведении теоретических исследований в 2026 году. 4. Разработаны экспериментальные методики и созданы экспериментальные стенды для изучения закономерностей и характеристик физико-химических процессов, протекающих при зажигании и горении самовоспламеняющихся топливных систем с гелеобразными компонентами. Методика исследования закономерностей зажигания и горения самовоспламеняющихся топлив основана на сбросе капель топлива в емкость с окислителем при варьировании высоты сброса, и соответственно, скорости движения и кинетической энергии капли. Регистрация процессов, протекающих при движении, контакте, воспламенении и горении самовоспламеняющейся системы топливо/окислитель, выполнялась с использованием высокоскоростной видеокамеры. Зона контакта топлива и окислителя дополнительно подсвечивалась светодиодным прожектором. Анализ полученных видеокадров выполнялся при использовании специализированного программного обеспечения Phantom Camera Control и Tema Automotive. По результатам экспериментов определяли времена задержки зажигания и диаметр области выгорания топлива. Регистрация конвективных потоков, возникающих перед воспламенением загущенных самовоспламеняющихся топливных систем, выполнялась с использованием Шлирен-метода. Для его реализации использовалась система из параболических зеркал, оптического отсекателя и светового источника. Процессы формирования конвективных потоков регистрировались с помощью высокоскоростной видеокамеры. Исследования проведены для нескольких условий взаимодействия горючего и окислителя – при сбросе горючего компонента с высоты 5, 10, 15 и 20 см относительно местоположения емкости с окислителем. При использовании двухцветной пирометрии зарегистрированы температуры пламени в зоне контакта и зажигания гиперголического топлива. Установлены зависимости времен задержки воспламенения от высоты падения капли топлива. В безразмерном виде представлены зависимости объема зоны выгорания от времени движения капли топлива. 5. Выполнен анализ выполненных экспериментальных исследований и обобщение полученных результатов. В результате экспериментальных исследований гиперголического топлива с жидкими и гелеобразными компонентами установлены закономерности и характеристики воспламенения и горения в лабораторных условиях. Определены основные стадии процесса взаимодействия компонентов гиперголического топлива. Результаты исследований показали, что интенсивность смешения компонентов, зависящая от высоты падения капли топлива, влияет на объем образующейся парогазовой смеси и, соответственно, на пламя. При контакте компонентов гиперголического топлива в результате химической реакции образуются горючие пары и мелкие капли, разлетающиеся в различных направлениях. Установлено, что с увеличением высоты падения капли топлива от 5 до 20 см уменьшаются времена задержки воспламенения, а максимальные объемы зоны выгорания увеличиваются за счет более интенсивного смешения топливного компонента и окислителя. 6. На базе полученных экспериментальных результатов в 2025 году опубликована 1 статья в научном издании “Acta Astronautica” (Q1). 7. Выполнена апробация результатов исследований на двух ведущих всероссийских конференциях в форме устных докладов: X Всероссийская научная конференция “Теплофизика и физическая гидродинамика”, 7-14 сентября 2025 г., г. Сочи; V Всероссийская с международным участием молодежная конференция «Бутаковские чтения», 9-11 декабря 2025 г., г. Томск.