СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗДУШНЫХ, ГИПЕРЗВУКОВЫХ, АЭРОКОСМИЧЕСКИХ И КОСМИЧЕСКИХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ОДНО- И МНОГОРАЗОВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НА ЖИДКОМ АЗОТОСОДЕРЖАЩЕМ ГОРЮЧЕМ Российский патент 2020 года по МПК F02K9/42 C10L1/16 C06B47/08 

Изобретение относится к способам повышения эффективности воздушных, гиперзвуковых, аэрокосмических и космических летательных аппаратов одно - и многоразового использования за счет повышения эффективности реактивных двигателей и энергоустановок на жидких горючих и охладителях путем повышения их эффективности введением в них неметаллических добавок. В качестве горючего в изобретении рассматривается жидкий чистый гидразин, эффективность которого возможно повысить увеличением его плотности, теплоемкости и других теплофизических (ТФС) и термодинамических свойств (ТДС) - путем введения в него неметаллических добавок - чистых сухих фуллеренов. В качестве реактивных двигателей и энергоустановок на жидких горючих и охладителях одно - и многоразового использования для различных летательных аппаратов (ЛА) и космических ЛА (КЛА) рассматриваются: воздушно-реактивные двигатели (ВРД), гиперзвуковые прямоточные ВРД (ГПВРД), энергоустановки (ЭУ), ЭУ многоразового использования (ЭУМИ), жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), ЖРД многоразового использования (ЖРДМИ), ЖРД малой тяги (ЖРДМТ), ЖРДМТ многоразового использования (ЖРДМТМИ), микро-ЖРД (м-ЖРД), м-ЖРД многоразового использования (м-ЖРДМИ), гибридные двигатели на жидких горючих (ВРД+ЖРД) (ГДЖГ), гибридные двигатели на твердом топливе с использованием впрыска жидких горючих (ГДТТЖГ).

Известно [1-11, 17, 18, 20, 21, 27-36, 88-97], что повысить эффективность различных (воздушных, гиперзвуковых, аэрокосмических) ЛА, в том числе, и КЛА возможно различными путями и способами. Одним из путей является повышение эффективности двигателей и ЭУ ЛА, КЛА. В свою очередь, повышение эффективности двигателей и ЭУ для ЛА, КЛА также возможно осуществить различными путями и способами:

а) путем изменения и оптимизации геометрических размеров деталей в существующих двигателях и ЭУ;

б) путем изменения (увеличения) геометрических размеров существующих двигателей и ЭУ;

в) путем изменения конструктивных схем двигателей и ЭУ, а также их агрегатов и деталей;

г) путем применения новых конструкционных материалов повышенных характеристик и технологий;

д) путем применения новых более энергетических горючих и топлив;

е) путем повышения эффективности существующих горючих и топлив за счет внедрения в них различных присадок, металлических и неметаллических добавок.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка способа повышения эффективности существующего жидкого горючего для реактивных двигателей ЛА, КЛА - жидкого чистого гидразина. Данная техническая задача решается путем введения в жидкий чистый гидразин неметаллических добавок в виде сухих чистых фуллеренов с целью повышения его плотности.

Известно, что, в первую очередь, необходимо повышать плотность жидкого горючего, из-за чего будут открываться различные возможности увеличения эффективности двигателя или ЭУ, а также увеличения эффективности ЛА, КЛА одно - многоразового использования [1-14, 17, 18, 20, 21, 27-36, 83-87, 89, 90, 93, 94]:

а) при полной заправке штатного бака или отсека горючего возможно: увеличение общей массы горючего, по сравнению со штатным горючим; увеличение времени (продолжительности) работы ВРД, ГПВРД, ЖРД, ГДЖГ, ГДТТЖГ, ЭУ и дальности полета различных ЛА, КЛА; увеличение числа включений и времени (продолжительности) работы ЖРДМИ, ЖРДМТМИ, а также м-ЖРДМИ;

б) при заправке нового горючего с повышенной плотностью по нормам штатной заправки штатного горючего: происходит неполная заправка штатного бака или отсека горючего, из-за чего возможно: увеличение полезной нагрузки для ЛА, КЛА, что очень важно, особенно при выведении увеличенного полезного груза на космическую орбиту;

в) при использовании нового горючего с повышенной плотностью при сохранении технических характеристик штатного двигателя и всего ЛА, КЛА возможно конструктивное уменьшение объема бака или отсека горючего, что, в свою очередь, открывает возможность: уменьшения веса всего ЛА, КЛА; увеличения аэродинамических качеств (аэродинамических характеристик и дальности полета) ЛА, КЛА; увеличения массы полезной нагрузки при выведении на орбиту.

Для повышения эффективности жидких топлив или горючих в них вводят различные присадки или добавки [1-39, 44, 79, 83-87, 89-94]. Как правило, присадки являются неметаллическими веществами, обычно их вводят на нефтеперерабатывающих заводах. Присадки бывают: антиокислительные (в том числе, и для повышения термоокислительной стабильности (ТОС) углеводородного реактивного топлива, т.е. для улучшения его высокотемпературных свойств, повышения температуры начала разложения и начала образования осадков), противоизносные, антикоррозионные, противоводокристаллизационные, антиэлектростатические, антинагарные, противотурбулентные, антиосадкообразующие, стабилизаторы, активаторы воспламенения, вещества (депрессаторы), понижающие температуру замерзания и др.

Добавки к топливам и горючим бывают металлические (металлизированные) и неметаллические (неметаллизированные), их еще называют энергетическими добавками. Металлические добавки вводятся в топливо или в горючее в виде металлической пудры или порошка, гелиевых растворов непосредственно перед сжиганием, а также - в ходе сжигания - при подаче в область горения.

Неметаллические добавки вводятся в виде растворимых порошков, их концентрированных растворов, жидкостей или гелирования при подготовке к полету или в ходе полета (см. патенты на изобретения РФ №№2461604, 2521429, 2521429, 2570910, 2570911, 2570913, 2513850, 2584947, 2180050, 2299232 и др.; патенты на изобретения США №№5611824, 5234475).

Одним из новых способов повышения эффективности жидких топлив или горючих является внедрение в них неметаллических энергетических добавок - углеродных наночастиц - фуллеренов [20-38]. В настоящее время влияние сухих чистых фуллеренов на повышение эффективности жидких топлив или горючих исследовано только для жидких углеводородных горючих и охладителей (УВГ и УВО) [20, 27-39]. Существуют следующие различные варианты использования и ввода чистых сухих фуллеренов марок С₆₀, С₇₀, С₈₄ и др. в жидкие УВГ и УВО:

первый вариант: в жидкое УВГ (УВО) вводят присадки в виде сухих фуллеренов или производных фуллеренов С₆₀, С₇₀ и др. с трехмерной структурой молекулы или их смеси для увеличения плотности углеводородного топлива, что обеспечивает увеличение соотношения «энергия-объем» в реактивных двигателях, в том числе, и в ЖРД, ЖРДМИ, ЖРДМТ, ЖРДМТМИ и др.; при этом известно, что фуллерены являются чистыми углеродами, имеют большое теплосодержание, и соответственно, большую энергоемкость и относительно высокую плотность (1,5-1,8 г/мм), причем фуллерены или производные фуллеренов, как правило, сухие, поэтому легко смешиваются с суспензиями углеводородных топлив; кроме того, фуллерены могут быть легко модифицированы для регулирования окисляемости, что, в результате, приведет к сокращению времени горения в реактивных двигателях; предлагается три варианта присадок, использующих фуллерены:

1) фуллерены с прикрепленными легко окисляемыми группами, примерами которых могут служить группы алкена, ацетилена, спирта, амина, гидразина, меркаптана, сульфида или альдегида;

2) фуллерены с прикрепленными окисляющими группами, такими как нитро, нитраты, азиды, хлораты, перхлораты или пероксиды;

3) фуллерены с прикрепленными углеводородными группами или их производными, примерами группы этого типа являются прямая или разветвленная цепь углеводородов, а также цепи, включающие азот, кислород или атомы серы;

также предлагается:

а) в топливо на углеводородной основе в количестве от 75 до 50 весовых процентов вводить сухие фуллерены высокой плотности в количестве от 25 до 50 весовых процентов;

б) в топливо на углеводородной основе вводить дополнительно 2 весовых процента гелиевой реологической добавки этиловой целлюлозы и смесь фуллеренов С₆₀ и С₇₀ в соотношении: топливо с реологической добавкой - 85 весовых процентов, смесь фуллеренов - 15 весовых процентов или топлива с реологической добавкой - 55 весовых процентов, смесь фуллеренов С₆₀ и С₇₀ - 45 весовых процентов;

второй вариант: присадки в виде различных фуллеренов или их смеси в концентрации от 0,01 до 100 ppm в органическом растворителе, например, в толуоле, вводят в жидкие УВГ (УВО) для повышения их свойств и их идентификации;

третий вариант: возможно использовать различные комбинации компонентов, представляющих собой нанокомплекс присадки с различными фуллеренами и их смесями:

1) растворение в ароматических (гомологах бензола) и неароматических (галогенопроизводных углеводородах) органических растворителях:

а) сухих фуллеренов С₇₀ в толуоле в концентрации %: 0,01;

б) сухих фуллеренов С₇₄ в бензоле в концентрации %: 0,025;

в) сухих фуллеренов: смесь С₇₄ и С₈₄ в толуоле и этаноле в концентрации %: 0,05;

г) сухих фуллеренов: смесь С₆₀ и С₇₄ в четыреххлористом углероде в концентрации %: 0,75;

д) сухих фуллеренов: смесь С₇₆ и С₈₄ в толуоле и изопропаноле в концентрации %: 0,1.

2) к органическому раствору, полученного по каждому 1а), б), в), г), д) пунктам, необходимо добавлять форсирующую добавку в соотношении 1:1, содержащую окислительные группы:

а) алкена, ацетилена, спирта (метанола, этанола), амина, альдегида, кетона, эфира и др. в соотношении 1:1; или

б) нитро (нитропропан, нитробензола), нитраты, пероксиды и др. в соотношении 1:1; или

в) углеводороды с прямой или разветвленной цепью, содержащие кислород, азот, серу, в том же соотношении 1:1.

3) к полученной по каждому пункту 2а), б), в) смеси необходимо добавлять определенным образом подобранный ингибитор окисления алюминиевых сплавов, а именно предпочтительные марки на основе маслорастворимых молибденоорганических соединений (дитридецилдитиокарбонат молибдена, октоат молибдена): импортные присадки - марки «ΒΡ-G» с его концентрацией в смеси %: 0,007; марки «807А» с его концентрацией в смеси %: 0,075; отечественные присадки - «Фриктол» (раствор диалкиларилдитиофосфат молибдена в индустриальном масле), «ПАФ-4», «Экомин» с концентрацией в смеси %: 0,008;

необходимо еще раз подчеркнуть, что:

1) чистые сухие фуллерены могут быть введены в жидкие УВГ (УВО):

в виде одной марки чистого фуллерена (или С₆₀, или С₇₀, и др.);

в виде смесей чистых фуллеренов разных марок в различных комбинациях и процентных содержаниях;

в виде одной марки чистого фуллерена, смешанного с различными растворителями и жидкостями;

в виде одной марки чистого фуллерена, смешанного с различными растворителями и жидкостями, совместно с другими присадками и добавками;

в виде различных смесей чистых фуллеренов, смешанных с растворителями и жидкостями;

в виде различных смесей чистых фуллеренов, смешанных с растворителями и жидкостями, совместно с другими присадками и добавками; (возможны и др. варианты);

2) при растворении любых сухих фуллеренов, например, С₆₀, С₇₀, С₇₄, С₇₆, С₇₈, С₈₂, С₈₄, или их смеси в растворе органических растворителей будет получаться оптимальное количество производных фуллеренов, которые будут обладать большей летучестью, что будет способствовать их легкому смешиванию с углеводородным топливом, повышая его плотность и другие физические, теплофизические, термодинамические, термические, энергетические, экологические и др. характеристики.

Это одновременно существующий и перспективный способ повышения эффективности жидкого горючего, т.к. широкого внедрения в авиационную, аэрокосмическую и космическую технику он пока не получил, а научно-экспериментальные исследования по влиянию фуллеренов на теплофизические, термодинамические, теплотехнические и др. свойства жидких УВГ и УВО еще продолжаются.

Кроме жидких УВГ, в авиационной и ракетно-космической технике широко используется другое жидкое горючее - жидкий чистый гидразин.

Жидкий чистый гидразин широко применяется в качестве азотосодержащего горючего в авиационно-космической технике, а также в других областях промышлености: в энергетике, в медицине и др. [1-39, 44, 83-87].

Гидразин (N₂H₄) - это однокомпонентное ракетное топливо или моногорючее, которое было открыто и создано почти 150 лет назад, а наиболее эффективное его применение началось с началом развития реактивной авиации и ракетной техники; представляет собой бесцветную, дымящую на воздухе жидкость, сильно гигроскопичную и хорошо растворяющуюся в воде, спиртах, аминах и др. полярных растворителях; это эндотермичное соединение, поэтому имеет малую стабильность, легко воспламеняется и легко разлагается при нагревании и в присутствии катализаторов с образованием аммиака, водорода и азота.

Производные гидразина (алкилгомологи) или гидразиновые горючие - это несимметричный диметилгидразин (НДМГ) ((СН₃)₂N₂H₂), гидразингидрат (NH₂NH₂H₂O), монометилгидразин (NH₂NHCH₃), аммиак (NH₃). Кроме того, сам гидразин применяется: в смеси с метилгидразином (или с монометилгидразином), при этом получается горючее «Аэрозин - 50», которое широко применяется в США и в России; в смеси с аммиаком; в составе двухкомпонентных и гибридных топлив, в составе некоторых жидких окислителей.

В годы Второй мировой войны гидразин применялся в Германии в качестве одного из компонентов топлива для подводных лодок, реактивных истребителей «Мессершмитт Me-163» (C-Stoff, содержащий до 30% гидрата гидразина) и ракет «Фау-2» (B-Stoff, 75% гидразина).

Несимметричный диметилгидразин (НДМГ) широко использовался и используется в авиационной и ракетно-космической технике: на французских боевых самолетах «Мираж - 111»; на отечественных ракетах - носителях (РН) - «Космос», «Циклон», «Протон»; на американских РН - семейства «Титан»; на французских РН - семейства «Ариан»; на японских РН - семейства «Ν»; на китайских РН - семейства «Большой Поход»; в двигательных установках пилотируемых кораблей и автоматических спутников, орбитальных и межпланетных станций, многоразовых космических кораблей «Буран» (РФ) и «Спейс Шаттл» (США). Другие алкилгомологи гидразина - широко используются в различных комбинациях ракетных топлив и горючих.

Все гидразиновые горючие и охладители являются токсичными и опасными для человека. Но, несмотря на это, из-за своих особенных технических свойств, они продолжают эффективно использоваться, и в первую очередь, для двигателей и ЭУ, ЛА, КЛА одно- и многоразового использования воздушного, аэрокосмического и космического базирования. При разложении 1 моля гидразина выделяется 46 кДж тепла, поэтому он, в основном, используется в ЖРД малой тяги (ЖРДМТ) и в газогенераторах (ГГ), где образующиеся при разложении газы достигают температуры 1400К и развивают давление (1-2) МПа. В настоящее время гидразин также широко используется в м - ЖРД - для эффективного управления орбитальными малыми и нано - спутниками [1-11, 27-35]. Гидразин, его аналоги, производные и смеси также могут применяться в воздушно-космических самолетах (ВКС), в гиперзвуковых ЛА (ГЛА) одно - и многоразового использования двойного назначения в качестве основных, дополнительных и вспомогательных топлив (горючих): в ГДЖГ, ГДТТЖГ и др.

Кроме того, гидразиновые горючие и охладители и их производные, а также различные их смеси с другими различными веществами в наше время нашли применение и в земных условиях [27-35, 39-42]:

в конверсионных ЖРД, ЖРДМТ и ЭУ одно - и многоразового использования (ЖРДМИ, ЖРДМТМИ, ЭУМИ), которые применяются для: добычи тяжелых битумных нефтей, решения научно-технических задач при доводке существующих и создании новых жидкостных и гибридных двигателей и их охлаждаемых и неохлаждаемых камер сгорания, проведения эффективных исследований по свойствам горячей плазмы, продолжения и расширения научной и учебной работы;

в медицине - при создании новых лекарственных препаратов;

в сельском хозяйстве и биологии - для регуляторов роста растений и создании различных химикатов;

в малой энергетике - при создании и эксплуатации воздушно - гидрази-новых низкотемпературных топливных элементов (батарей - электрохимических генераторов) различных габаритов и мощности - для получения электрического тока и его использования в различных объектах и отраслях промышленности, включая транспорт;

в большой энергетике - для восстановления кислорода в воде, применяемой для питания котлов;

в атомной энергетике - для осуществления процесса переработки ядерного топлива (в качестве восстанавливающих агентов);

в химической промышленности - для получения пластмасс, резины, взрывчатых веществ; для восстановления золота, серебра, платиновых металлов, меди из разбавленных растворов солей; для восстановления карбональной группы альдегидов и др. веществ; для очистки промышленных газов от CO₂ и меркаптанов; для получения промежуточных продуктов и красителей;

в машиностроении и др. отраслях промышленности - для защиты от коррозии водяных и паровых циркуляционных трубопроводов (а именно: парогенераторов, систем охлаждения, систем отопления); для удаления кислорода при обработке воды; для консервации выведенного из эксплуатации оборудования; для обеспечения топливом (гидразингидратом) в энергоблоках глубоководных аппаратов, спускаемых на глубину 6 км (например, в энергоблоке «Океан»); для получения рабочего тела при температурах до 650°С (при разложении гидразингидрата в ГГ на азот, водород, аммиак и водяной пар), используемого в качестве теплоносителя вторичного контура турбины замкнутого типа, работающей по циклу Ренкина.

Из анализа научно-технической и патентно-лицензионной литературы установлено, что:

1) авторы [20, 37-94] применяли фуллерены в жидких УВГ и УВО для различных исследований и повышения различных свойств новых наножидкостей типа «Жидкое УВГ - фуллерены», вводя при этом и другие присадки и добавки;

2) авторы [11-16, 19, 20, 22] исследовали ТФС жидкого чистого гидразина при его естественной конвекции в нормальных условиях, а также

при высоких параметрах состояния по давлению и температуре;

3) авторы [24-26, 43-58, 61-67, 69, 70, 75, 76] исследовали влияние сухих чистых фуллеренов, а также фуллеренов с различными присоединениями, в том числе, и с металлическими:

в азотосодержащих жидкостях (в том числе, в горючих и растворителях, в водных растворах гидразина и воды - в гидразингидратах и др.);

в других различных жидких и газообразных средах и растворах (в том числе с водой, с гадолинием, с n-ксилолом, с ароматическими растворителями, с технической смесью высокомолекулярных карбоновых кислот, с системой «гегсан - о-ксилол - диметилформамид», со стиролом, с толуолом, с системой «о-ксилол в органических растворителях»,

в растворах фуллеренсодержащих полимеров;

в уретанах (гидроксилированные фуллерены и фуллеренсодержащие уретаны);

в поливинилпирролидоне (звездообразные фуллеренсодержащие производные поливинилпирролидона в растворах);

в полиметилметакрилатах (фуллеренсодержащие полиметилметакрилаты)

- с целью определения изменения их ТФС и ТДС, а также других свойств и возможностей, в том числе, для определения температур начала кипения;

4). авторы [20, 23, 40, 42, 58-60, 68, 69, 71-74, 77] исследовали физические, механические и ТФС свойства самих чистых сухих фуллеренов и фуллеренов с различными присоединениями (до их смешения с различными жидкостями);

5). отсутствуют исследования по влиянию фуллеренов (в том числе, чистых и сухих) на ТФС и ТДС жидкого чистого гидразина.

Поэтому материалы данного изобретения являются актуальными, новыми и необходимыми, т.к. они открывают:

новые возможности по повышению эффективности жидкого чистого гидразина, а также азотосодержащих горючих и охладителей (АЗГ и АЗО), в том числе, аналогов и производных чистого гидразина и его смесей с другими горючими и жидкостями;

новые возможности по повышению эффективности двигателей и ЭУ одно - многоразового использования наземного, воздушного, аэрокосмического и космического базирования;

новые возможности по повышению эффективности (в том числе, и аэродинамического качества) различных ЛА и КЛА одно - и многоразового использования двойного назначения;

Авторами данного изобретения были проведены всесторонние и широкомасштабные экспериментальные исследования по влиянию сухих фуллеренов марок С₆₀, С₇₀, С₈₄ на ТФС и ТДС жидкого чистого гидразина в условиях его естественной конвекции в широком диапазоне параметров по давлению и температуре [22, 24, 25-35, 83-87]. Были созданы экспериментальные установки и рабочие участки, которые позволяли создавать давление p=(0,1 - 49,1)МПа, температуру Τ=(293-700) К. Концентрация каждой марки фуллеренов варьировалась %: от 0,1 до 0,5.

ТФС и ТДС нового горючего (наножидкости) типа «Гидразин + фуллерены» были экспериментально определены для всех трех групп:

первая группа: «Ν₂Η₄+0,1% С₆₀», «Ν₂Η₄+0,2% С₆₀», «Ν₂Η₄+0,3% С₆₀», «Ν₂Η₄+0,4% С₆₀», «Ν₂Η₄+0,5% С₆₀»;

вторая группа: «Ν₂Η₄+0,1% С₇₀», «Ν₂Η₄+0,2% С₇₀», «Ν₂Η₄+0,3% С₇₀», «Ν₂Η₄+0,4% С₇₀», «Ν₂Η₄+0,5% С₇₀»;

третья группа: «Ν₂Η₄+0,1% С₈₄», «Ν₂Η₄+0,2% С₈₄», «Ν₂Η₄+0,3% С₈₄», «Ν₂Η₄+0,4% С₈₄», «Ν₂Η₄+0,5% С₈₄».

Техническим результатом настоящего изобретения являются экспериментальные данные, полученные авторами в ходе исследований. Экспериментально было установлено, что фуллерены в любой концентрации полностью растворялись в жидком чистом гидразине в течение 10 минут. Зафиксировано повышение ТФС и ТДС жидкого чистого гидразина при различных температурах и давлениях при введении в него каждой исследуемой марки фуллеренов при их конкретных концентрациях. Эксперименты показали, что увеличение концентрации фуллеренов приводит к повышению плотности и других ТФС и ТДС, а при максимальном (в экспериментах) значении концентрации %: 0,5 - происходит максимальное повышение плотности и других ТФС и ТДС. Экспериментально обнаружено, что среди исследуемых марок фуллеренов (С₆₀, С₇₀, С₈₄) при одинаковых условиях и одинаковых концентрациях рост увеличения ТФС и ТДС жидкого чистого гидразина происходит при последовательном выборе марки фуллеренов по возрастанию их маркировочного числа (нижнего индекса), т.е. числа атомов углерода в молекуле, где наиболее эффективными оказались фуллерены марки С₈₄.

Впервые получены экспериментальные данные и создан банк экспериментальных данных по влиянию чистых сухих фуллеренов марок С₆₀, С₇₀, С₈₄ с их концентрацией %: (0,1 - 0,5) на увеличение ТФС и ТДС жидкого чистого гидразина в условиях его естественной конвекции в широком диапазоне параметров по давлению и температуре.

Результаты исследований по влиянию фуллеренов на увеличение плотности жидкого чистого гидразина приведены в таблице в виде относительных коэффициентов, которые были вычислены путем деления числителя на знаменатель, где в числителе находилось значение плотности нано-жидкости типа «Гидразин + фуллерен» (нового горючего), а в знаменателе - значение плотности жидкого чистого гидразина (без фуллеренов).

Для примера, в таблице показаны максимальные значения относительных коэффициентов плотности, т.е. показан вклад фуллеренов в повышение плотности жидкого чистого гидразина после растворения в нем фуллеренов при их максимальной (в экспериментах) концентрации %: 0,5.

Увеличение плотности и других ТФС и ТДС жидкого чистого гидразина будет способствовать и увеличению ТФС и ТДС производных гидразина, различных его смесей с другими горючими и жидкостями.

Увеличение плотности жидкого горючего оказывает существенное влияние на дальность и время (продолжительность) полета ЛА, что очень важно особенно для различных беспилотных и пилотируемых ЛА, КЛА одно- и многоразового использования двойного назначения.

Можно привести расчеты и реально показать эффективность введения чистых сухих фуллеренов в жидкий чистый гидразин с целью повышения его плотности с дальнейшим увеличением дальности и времени (продолжительности) полета ЛА.

Известно, что дальность полета ЛА определяется по формуле [1-11, 17, 18, 20, 21, 84-87, 89, 90, 94]:

где L - дальность полета ЛА; m - масса топлива (горючего); С_к - километровый расход топлива (горючего) (расход топлива (горючего) на 1 км полета ЛА).

Масса топлива (горючего) определяется по формуле [1-14, 17, 18, 20, 21, 89, 90, 94]:

где ρ - плотность топлива (горючего); V - объем бака горючего.

Пусть для жидкого чистого гидразина: m=1000 кг; С_к=5 кг/км.

Тогда получим дальность полета ЛА: L=1000/5=200 км.

После внедрения в жидкий чистый гидразин чистых сухих фуллеренов, например, марки С₈₄, с концентрацией %: 0,5, плотность новой нано-жидкости типа «жидкий гидразин + фуллерен (0,5% С₈₄)» (нового горючего) будет увеличенной. Например, относительная плотность будет иметь значение 1,025 (см. табл.).

Тогда масса новой нано-жидкости (нового горючего) при том же объеме бака горючего будет тоже увеличенной на такую же величину (множитель 1,025), что и плотность:

где Μ₁ - масса новой нано-жидкости (горючего).

Найдем массу новой нано-жидкости (нового горючего): М₁=1,025 (1000)=1025 кг.

При использовании новой нано-жидкости (нового горючего) дальность полета ЛА (L₁) будет увеличенной:

L₁=m/С_к=1025/5=205 км.

Найдем относительное увеличение дальности полета ЛА (L_отн) в процентах:

L_отн=[(L₁ - L)/ L] 100%=2,5%.

Далее можно найти и время (продолжительность) полета ЛА при использовании жидкого чистого гидразина, а также при использовании новой нано - жидкости (нового горючего).

Время (продолжительность) полета ЛА определяется по формуле [1-11, 17, 18, 20, 21, 84-87, 89, 90, 94]:

где Τ - продолжительность полета ЛА; m - масса топлива (горючего); С_ч - часовой расход топлива (горючего) (расход топлива (горючего) за 1 час полета ЛА).

Пусть для жидкого чистого гидразина: m=1000 кг; С_ч=250 кг/ч.

Тогда Τ=1000/250=4 часа=240 минут.

После внедрения фуллеренов в жидкий чистый гидразин, например, марки С₈₄ с концентрацией %: 0,5, масса новой нано-жидкости (нового горючего) будет увеличенной, как и в первом примере, т.е. M₁=1,025m=1025 кг.

Найдем продолжительность полета ЛА при использовании новой нано-жидкости (нового горючего) (Τ₁):

Τ₁=Μ₁/С_ч=1025/250=4,1 ч=246 минут.

Найдем относительную продолжительность полета ЛА (Т_отн) в процентах:

Т_отн=[(Τ₁ - Т)/Т] 100%=[(246-240)/240] 100%=2,5%.

Из этих расчетов видно, что фуллерены действительно увеличивают дальность и время (продолжительность) полета ЛА. Открывается возможность реального увеличения эффективности ЛА, КЛА.

Авторами изобретения предложено:

- на борту воздушных, гиперзвуковых, аэрокосмических и космических летательных аппаратов одно - и многоразового использования конструктивно снаружи или внутри бака или отсека, или дополнительного бака горючего располагать бортовые устройства для ввода конкретной марки и концентрации фуллеренов в жидкий чистый гидразин в ходе воздушных, гиперзвуковых, аэрокосмических и космических полетов;

- бортовые устройства для ввода фуллеренов в жидкий чистый гидразин заполнять перед полетом ЛА, КЛА фуллеренами: или в виде чистого сухого порошка; или в виде раствора чистых сухих фуллеренов в жидком чистом гидразине;

- бортовые устройства для ввода фуллеренов в жидкий чистый гидразин конструктивно выполнены одноразового использования для двигателей и энергоустановок одноразового использования, для ЛА и КЛА одноразового использования; многоразового использования для двигателей и энергоустановок многоразового включения и использования, для ЛА, КЛА многоразового использования; стационарные или съемные, заменяемые в незаправленном или в заправленном видах;

- фуллерены вводятся в жидкий чистый гидразин или в наземных условиях в стационарных или мобильных баках или цистернах; непосредственно в баках или отсеках горючего на ЛА, КЛА; перед запуском двигателей и энергоустановок ЛА, КЛА, или в воздушных условиях, непосредственно в баках или отсеках горючего ЛА; в ходе работы двигателей и энергоустановок при полете ЛА, или в космических условиях, непосредственно в баках или отсеках горючего ЛА, КЛА; в период молчания двигателей и энергоустановок на орбите, а также в ходе их работы; в период подготовки бортового горючего, его сбора и повышения его эффективности, и КЛА к уводу на дальние орбиты захоронения или к спуску на Землю, при этом ввод фуллеренов осуществляется в общем баке или отсеке горючего, а также - в дополнительных баках, куда собираются остатки бортового горючего, или горючее в них заправляется на Земле до начала полета;

- бортовые устройства для ввода фуллеренов в жидкий чистый гидразин конструктивно объединить в общую батарею, где каждое устройство заправляется фуллеренами одной марки, например, или С₆₀, или С₇₀, или С₈₄, и одной концентрации, например, или %: 0,1, или 0,2, или 0,3, или 0,4, или 0,5;

- ввод фуллеренов в жидкий чистый гидразин осуществлять вручную, полуавтоматически и автоматически;

- выбор и задействование заполненного конкретной маркой и конкретной концентрацией фуллеренами бортового устройства для ввода фуллеренов в жидкий чистый гидразин - осуществлять по экспериментальной базе данных (по таблицам или графикам) вручную, полуавтоматически или автоматически - при необходимости обеспечения нужной (расчетной) плотности жидкого чистого гидразина для выполнения различных полетных заданий и задач для пилотируемых и беспилотных ЛА, КЛА одно и многоразового использования двойного назначения;

- информацию о вводе фуллеренов в жидкий чистый гидразин и их полное растворение в нем - в автоматическом режиме заносить в бортовой и наземный компьютер, а также выводить на информационное табло летчика -космонавта и наземного оператора.

Научной новизной предлагаемого изобретения является то, что:

1) впервые проведены экспериментальные исследования по влиянию сухих чистых фуллеренов на изменение ТФС и ТДС жидкого чистого гидразина вообще и в частности, по влиянию фуллеренов марок С₆₀, С₇₀, С₈₄ с их конкретной и фиксированной концентрацией %: от 0,1 до 0,5;

2) ввод фуллеренов в жидкий чистый гидразин, находящийся в наземных емкостях или цистернах, в баках или отсеках горючего летательных аппаратов или космических летательных аппаратов при нормальных или повышенных параметрах по давлению и температуре, осуществляется в условиях его естественной конвекции;

3) в жидкий чистый гидразин вводят конкретно какую-либо одну марку фуллеренов (или С₆₀, или С₇₀, или С₈₄) при фиксированных концентрациях %: или 0,1; или 0,2; или 0,3; или 0,4; или 0,5;

4) впервые экспериментально установлено, что сухие чистые фуллерены марок С₆₀, С₇₀, С₈₄ с их концентрацией %: (0,1 - 0,5) полностью растворяются в жидком чистом гидразине в течение 10 минут, увеличивая при этом его плотность и другие ТФС и ТДС;

5) впервые экспериментально обнаружено, что при одинаковых условиях и концентрациях исследуемых фуллеренов при их вводе в чистый жидкий гидразин рост дальнейшего увеличения его ТФС и ТДС происходит при последовательном применении фуллеренов марок: С₆₀, С₇₀, С₈₄, где наиболее эффективными являются фуллерены марки С₈₄,

6) впервые получены экспериментальные данные и создан банк экспериментальных данных по влиянию чистых сухих фуллеренов марок С₆₀, С₇₀, С₈₄ с их концентрацией %: (0,1 - 0,5) на увеличение ТФС и ТДС жидкого чистого гидразина в условиях его естественной конвекции в широком диапазоне параметров по давлению и температуре;

7) предложено: на борту воздушных, гиперзвуковых, аэрокосмических и космических летательных аппаратов одно - и многоразового использования конструктивно снаружи или внутри бака, или отсека, или дополнительного бака горючего располагать бортовые устройства для ввода конкретной марки и концентрации фуллеренов в жидкий чистый гидразин в ходе воздушных, гиперзвуковых, аэрокосмических и космических полетов;

8) предложено: бортовые устройства для ввода фуллеренов в жидкий чистый гидразин заполнять перед полетом ЛА, КЛА фуллеренами: или в виде чистого сухого порошка; или в виде раствора чистых сухих фуллеренов в жидком чистом гидразине;

10) предложено: бортовые устройства для ввода фуллеренов в жидкий чистый гидразин конструктивно могут быть: одноразового использования для двигателей и энергоустановок одноразового использования, для ЛА и КЛА одноразового использования; многоразового использования для двигателей и энергоустановок многоразового включения и использования, для ЛА,

КЛА многоразового использования; стационарные или съемные, заменяемые в незаправленном или в заправленном видах.

11) предложено: фуллерены конкретной марки и конкретной концентрации вводить в жидкий чистый гидразин или в наземных условиях (в дополнительных стационарных или мобильных баках или цистернах; непосредственно в баках или отсеках горючего на ЛА, КЛА; перед запуском двигателей и энергоустановок ЛА, КЛА), или в воздушных условиях (непосредственно в баках или отсеках горючего ЛА; в ходе работы двигателей и энергоустановок при полете ЛА), или в космических условиях (непосредственно в баках или отсеках горючего ЛА, КЛА; в период молчания двигателей и энергоустановок на орбите, а также в ходе их работы; в период подготовки (сбора и повышения эффективности) бортового горючего и КЛА к уводу на дальние орбиты захоронения или к спуску на Землю - ввод фуллеренов может осуществляться в общем баке или отсеке горючего, а также - в дополнительных баках, куда собираются остатки бортового горючего, или горючее заправляется на Земле до начала полета).

12) предложено: бортовые устройства для ввода фуллеренов в жидкий чистый гидразин конструктивно объединены в общую батарею, где каждое устройство заправляется фуллеренами одной марки, например, или С₆₀, или С₇₀, или С₈₄, и одной концентрации, например, или %: 0,1, или 0,2, или 0,3, или 0,4, или 0,5.

13) предложено: выбор и задействование заполненного конкретной маркой и конкретной концентрацией фуллеренами бортового устройства для ввода фуллеренов в жидкий чистый гидразин осуществляется по экспериментальной базе данных вручную или автоматически при необходимости обеспечения расчетной плотности жидкого чистого гидразина для выполнения полетных заданий и задач для пилотируемых и беспилотных ЛА, КЛА одно и многоразового использования двойного назначения.

14) предложено: ввод фуллеренов в жидкий чистый гидразин осуществляется вручную, полуавтоматически и автоматически;

15) предложено: информация о выборе бортового устройства для ввода фуллеренов, о вводе фуллеренов в жидкий чистый гидразин и их полное растворение в нем в автоматическом режиме заносится в бортовой и наземный компьютер, а также выводится на информационное табло летчика - космонавта и наземного оператора.

За аналог данного изобретения можно принять информацию, изложенную в книге авторов [20], в которой опубликована информация о влиянии чистых сухих фуллеренов на изменение ТФС и ТДС (энергетических свойств) жидких УВГ и УВО марок ТС-1, РГ. Но в этой книге нет информации о введении чистых сухих и других фуллеренов в жидкий чистый гидразин.

Также аналогами предлагаемого изобретения является информация, изложенная в патентах США №№№5611824, 5234475 [37, 38], где также говорится о результатах влияния фуллеренов на ТФС жидких УВГ, причем ввод фуллеренов в жидкие УВГ там связан только со способом идентификации самих жидких УВГ.

Наиболее близким аналогом, т.е. прототипом, можно считать патент на изобретение РФ №2299232 автора Анисимовой З.В. [39], где ввод фуллеренов в жидкие УВГ осуществляется для повышения различных свойств УВГ, в основном, - для оптимизации процесса горения, т.е. в данном изобретении нет конкретных количественных и качественных данных по влиянию фуллеренов на ТФС и ТДС жидких УВГ и УВО, а также нет информации о введении фуллеренов в жидкий чистый гидразин, в его смеси с другими жидкостями или в его производные и аналоги.

Однако, с учетом анализа всей информации, независимый пункт предлагаемого изобретения можно и необходимо составить и написать следующим образом:

способ повышения эффективности воздушных, гиперзвуковых, аэрокосмических и космических летательных аппаратов одно- и многоразового использования на жидких углеводородных горючих путем повышения их эффективности введением в них неметаллических нано - добавок в виде сухих чистых фуллеренов марок С₆₀, С₇₀, С₈₄.

Предлагаемое изобретение отличается от независимого пункта тем,

что:

- фуллерены марок С₆₀, С₇₀, С₈₄ вводятся в жидкое азотосодержащее горючее, например, в жидкий чистый гидразин;

- ввод фуллеренов в жидкий чистый гидразин, находящийся в наземных емкостях или цистернах, в баках или отсеках горючего летательных аппаратов или космических летательных аппаратов при нормальных или повышенных параметрах по давлению и температуре, осуществляется в условиях его естественной конвекции;

- в жидкий чистый гидразин вводят одну из марок фуллеренов или С₆₀, или С₇₀, или С₈₄ при фиксированных концентрациях %: или 0,1; или 0,2; или 0,3; или 0,4; или 0,5;

- чистые сухие фуллерены марок С₆₀, С₇₀, С₈₄ с их концентрацией %: (0,1 - 0,5) полностью растворяются в жидком чистом гидразине в течение 10 минут, увеличивая при этом его плотность;

- при одинаковых условиях и концентрациях исследуемых фуллеренов при их вводе в жидкий чистый гидразин дальнейшее увеличение его свойств происходит при последовательном применении фуллеренов марок: С₆₀, С₇₀, С₈₄, где наиболее эффективными являются фуллерены марки С₈₄;

- на борту ЛА, КЛА одно - и многоразового использования конструктивно снаружи или внутри бака, или отсека, или дополнительного бака горючего расположены бортовые устройства для ввода фуллеренов в жидкий чистый гидразин в ходе воздушных, гиперзвуковых, аэрокосмических и космических полетов;

- бортовые устройства для ввода фуллеренов в жидкий чистый гидразин заполняются фуллеренами перед полетом или в ходе полета ЛА, КЛА: или в виде чистого сухого порошка; или в виде раствора чистых сухих фуллеренов в жидком чистом гидразине.

- бортовые устройства для ввода фуллеренов в жидкий чистый гидразин конструктивно выполнены одноразового использования для двигателей и энергоустановок одноразового использования, для ЛА и КЛА одноразового использования; многоразового использования для двигателей и энергоустановок многоразового включения и использования, для ЛА, КЛА многоразового использования; стационарные или съемные, заменяемые в незаправленном или в заправленном видах;

- фуллерены вводятся в жидкий чистый гидразин или в наземных условиях в стационарных или мобильных баках или цистернах, непосредственно в баках или отсеках горючего на ЛА, КЛА; перед запуском двигателей и энергоустановок ЛА, КЛА, или в воздушных условиях, непосредственно в баках или отсеках горючего ЛА; в ходе работы двигателей и энергоустановок при полете ЛА, или в космических условиях, непосредственно в баках или отсеках горючего ЛА, КЛА; в период молчания двигателей и энергоустановок на орбите, а также в ходе их работы; в период подготовки бортового горючего, его сбора и повышения его эффективности, и КЛА к уводу на дальние орбиты захоронения или к спуску на Землю, при этом ввод фуллеренов осуществляется в общем баке или отсеке горючего, а также - в дополнительных баках, куда собираются остатки бортового горючего, или горючее в них заправляется на Земле до начала полета;

- бортовые устройства для ввода фуллеренов в жидкий чистый гидразин конструктивно объединены в общую батарею, где каждое устройство заправляется фуллеренами одной марки, например, или С₆₀, или С₇₀, или С₈₄, и одной концентрации, например, или %: 0,1, или 0,2, или 0,3, или 0,4, или 0,5;

- выбор заполненного конкретной маркой и конкретной концентрацией фуллеренами бортового устройства для ввода фуллеренов в жидкий чистый гидразин осуществляется по экспериментальной базе данных вручную или автоматически при необходимости обеспечения расчетной плотности жидкого чистого гидразина для выполнения полетных заданий и задач для пилотируемых и беспилотных ЛА, КЛА одно и многоразового использования двойного назначения;

- ввод фуллеренов в жидкий чистый гидразин осуществляется вручную, полуавтоматически и автоматически;

- информация о выборе бортового устройства для ввода фуллеренов, о вводе фуллеренов в жидкий чистый гидразин и их полное растворение в нем в автоматическом режиме заносится в бортовой и наземный компьютер, а также выводится на информационное табло летчика - космонавта и наземного оператора.

Применение материалов данного предлагаемого изобретения позволит создавать новые отечественные воздушные, гиперзвуковые, аэрокосмические и космические летательные аппараты одно - и многоразового использования двойного назначения повышенной эффективности на жидких горючих, в том числе, и на жидком чистом гидразине, его производных и различных смесях с другими горючими и жидкостями.

Список используемых источников информации

1. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф. Тишин А.П. Теория ракетных двигателей: учебник для вузов. (Под ред. В.П. Глушко). М.: Изд-во «Машиностроение», 1989, 464 с.

2. Гахун Г.Г., Баулин В.И., Володин В.А., Курпатенков В.Д., Краев М.В., Трофимов В.Ф. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей: учебник. М.: Изд-во «Машиностроение», 1989. 424 с.

3. Козлов А.А., Новиков В.Н., Соловьев Е.В. Системы питания и управления жидкостных ракетных двигательных установок. М.: Изд-во «Машиностроение», 1988. 352 с.

4. Васильев А.П., Кудрявцев В.М., Кузнецов В.А. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей / Под ред. В.М. Кудрявцева /. М.: Изд-во «Высшая школа», 1993. 704 с.

5. Коротеев А.С., Самойлов Л.П. Перспективные ЖРД России // Двигатель. 2000. №2(8). С.2-7.

6. Добровольский В.М. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования: учебник для вузов / 2-е изд., перераб. и доп.; под ред. Д.А. Ягодникова / М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005, 448 с.

7. Назаров В.П., Ефремов Г.В. Конструкция жидкостных ракетных двигателей: уч. пособие. Красноярск: Изд-во «СибГАУ им. акад. М.Ф. Решет-нева», 2016. 192 с.

8. Козлов А.А., Воробьев А.Г., Боровик И.Н. Жидкостные ракетные двигатели малой тяги. М.: Изд-во МАИ, 2013. 208 с.

9. Назаров В.П. Ракетные двигатели космических аппаратов. Красноярск: Изд-во СибГАУ, 2015. 200 с.

10. Коломейцев А.И., Байков А.В., Мартыненко С.И. и др. Проблема разработки микро - двигательных установок // Известия вузов. Авиационная техника. 2010, №2. С.53-55.

11. Штехер М.С. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей. М.: Изд-во «Машиностроение». 1976. 306 с.

12. Сарнер С. Химия ракетных топлив // М.: Изд-во «Мир», 1969. 488 с.

13. Братков Α.Α., Серегин Е.П., Горенков А.Ф. и др. Химмотология ракетных и реактивных топлив / Под ред. А.А. Браткова /. М.: Изд-во «Химия», 1987, 304 с.

14. Большаков Г.Ф. Химия и технология компонентов жидкого ракетного топлива. Л.: Изд-во «Химия», 1983, 320 с.

15. Коровин Н.В. Гидразин. М.: Химия, 1980, 272 с.

16. Греков А.П., Веселов В.Я. Физическая химия гидразина // Киев: Изд-во «Наукова думка». 1979. 264 с.

17. Дубовкин Н.Ф., Маланичева В.Г., Массур Ю.П. и др. Физико-химические и эксплуатационные свойства реактивных топлив. Справочник. М.: Изд-во «Химия», 1985, 240 с.

18. Дубовкин Н.Ф., Яновский Л.С., Шигабиев Т.Н. и др. Инженерные методы определения физико-химических и эксплуатационных свойств топлив. Казань: Изд-во «Мастер Лайн», 2000, 378 с.

19. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 720 с.

20. Бакулин В.Н., Дубовкин Н.Ф., Котова В.Н. и др. Энергоемкие горючие для авиационных и ракетных двигателей / Под ред. Л.С. Яновского /. М.: Изд-во «ФИЗМАТЛИТ», 2009, 400 с.

21. Байков А.В., Дубовкин Н.Ф., Семенов В.Л. Новые топлива для авиационно-космических систем // Техника воздушного флота. 2007. №5-6. С.45-49.

22. Сафаров М.М., Зарипова М.А. Экспериментальное исследование теплопроводности гидразина при высоких параметрах состояния // Измерительная техника. 1993. №4. С.48 - 49.

23. Сидоров Л.Н., Юровская М.А., Борщевский А.Я., Трушков И.В., Иоффе И.Н. Фуллерены. М.: Изд-во «Экзамен», 2005. 688 с.

24. Сафаров М.М., Назаров Х.Х., Давлатов Н.Б. и др. Адсорбционные, теплофизические, термодинамические свойства некоторых наночастиц и их влияние на поведение теплоносителей // Матер. докл. 10 школы-семинара молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении», Казань, 2016 г. С.217 - 220.

25. Сафаров М.М., Зарипова М.А., Давлатов, Н.Б. и др. Интенсификация азотосодержащих ракетных топлив с учетом добавки наночастиц и расчет их термодинамических характеристик // Матер. 8 Международ, науч-но-техн. конф. «Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики (АНТЭ-2015)», 19-21 октября 2015. Казань: Изд-во «КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева». С.517 - 522.

26. Сафаров М.М., Назруллоев И.М., Бахром И.М., Давлатов, Н.Б. и др. Исследование влияния наночастицы на изменение интенсификационных характеристик ракетных топлив // Матер. Международ. научно-техн. конф. студентов, аспирантов, ученых: «Энерго- и ресурсосбережение в теплоэнергетике и социальной сфере». Челябинск: Изд-во «Издательский центр ЮУрГУ, 2015. С.207 - 210.

27. Алтунин В.А., Давлатов Н.Б., Зарипова М.А., Сафаров М.М., Платонов Е.Н., Яновская М.Л. Способы повышения эффективности теплофизических и термодинамических свойств жидких углеводородных и азотосодержащих горючих для двигателей и энергоустановок космического применения // Матер. 53-их Научных чтений памяти К.Э. Циолковского. Сек. №2: «Проблемы ракетной и космической техники». (г.Калуга, 17-20 сентября 2018 г.). РАН. РАКЦ. Калуга: Изд-во АКФ «Политоп», 2018. С.121-122.

28. Алтунин В.А., Давлатов Н.Б., Зарипова М.А., Платонов Е.Н., Яновская М.Л. Некоторые пути повышения эффективности углеводородных и азотосодержащих горючих космического применения // Журнал «Военмех. Вестник БГТУ», №55. 2019. С.424-429.

29. Алтунин В.А., Давлатов Н.Б., Зарипова М.А. Разработка способа повышения теплофизических свойств жидкого углеводородного горючего и охладителя // Тез. докл. 19 Международ. научно-технич. конф. и школы молодых ученых, аспирантов и студентов «Авиакосмические технологии» (АКТ - 2018). (7-8 июня 2018 г., г. Воронеж). Направление №1: «Фундаментальные основы процессов создания и функционирования авиационных, космических и транспортных систем». Воронеж: Изд-во ООО фирма «Элист», 2018. С.17-18.

30. Алтунин В.А., Давлатов Н.Б., Зарипова М.А. Анализ путей повышения эффективности жидких горючих для космических двигателей и энергоустановок // Материалы докладов Всероссийской научно-практической конференции с международным участием: «Новые технологии, материалы и оборудование Российской авиакосмической отрасли», посвященной 130-летию со дня рождения выдающегося авиаконструктора А.Н. Туполева. («АКТО - 2018»). (8-10 августа 2018 г., г. Казань). Сек. №2: «Рабочие процессы и технологии в Российском авиационном двигателестроении и энергоустановках». Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2018. Т. 1. С.326-330.

31. Алтунин В.А., Давлатов Н.Б., Зарипова М.А. Некоторые пути увеличения теплофизических и термодинамических свойств жидкого азотосодержащего горючего и охладителя // Матер. докл. международ. научно-технич. конф. «Проблемы и перспективы развития двигателестроения», посвященной Генеральному конструктору аэрокосмической техники академику Н.Д. Кузнецову. Сек. №5: «Ракетные двигатели. Космическая энергетика». (Самара, СНИУ им. акад. С.П. Королева, 12-14 сентября 2018 г.). Самара: Изд-во Самарского университета, 2018. С.138.

32. Алтунин В.А., Абдуллин М.Р., Платонов Е.Н., Давлатов Н.Б., Зарипова М.А., Сафаров М.М., Яновская М.Л. Разработка способов повышения эффективности теплофизических и термодинамических свойств жидких углеводородных и азотосодержащих горючих и охладителей для двигателей гиперзвуковых, аэрокосмических и космических летательных аппаратов // Матер, докл. 43 Академических чтений по космонавтике, по-свящ. памяти акад. СП. Королева и др. выдающихся отечественных ученых - пионеров освоения космического пространства. Сек. №15: «Комбинированные силовые установки для гиперзвуковых и воздушно-космических летательных аппаратов». «РАН. РАКЦ. РОСКОСМОС.М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019. Т. 2. С.71-72.

33. Алтунин В.А., Абдуллин М.Р., Давлатов Н.Б. Разработка методик расчета тепловых процессов в рубашках охлаждения жидкостных ракетных двигателей на жидких и газообразных горючих и охладителях // Сб. тез. докл. 45 Международ. молодеж. научн. конф. «Гагаринские чтения -2019». Сек. №2.3: «Ракетные двигатели». М.: Изд-во МАИ, 2019, с. 150.

34. Алтунин В.А., Давлатов Н.Б., Зарипова М.А., Сафаров М.М., Платонов Е.Н., Яновская М.Л. Способы повышения эффективности теплофизических и термодинамических свойств жидких углеводородных и азотосодержащих горючих для двигателей и энергоустановок космического применения // Труды 53 научных Чтений, посвященных памяти К.Э. Циолковского. Секция №2: «Проблемы ракетной и космической техники». (Калуга, 18-19 сентября 2018 г.). РАН. РАКЦ. Казань: Изд-во Казанского университета, 2019. С.135-145.

35. Алтунин В.А., Абдуллин М.Р., Давлатов Н.Б. и др. Исследование возможности интенсификации теплоотдачи к жидким и газообразным углеводородным и азотосодержащим горючим и охладителям // Сб. тез. докл. Всеросс. научно-технич. конф. молодых ученых и специалистов «Авиационные двигателя и силовые установки». М.: Изд-во ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова», 2019. С.316-317.

36. Данилов A.M. Применение присадок в топливах: Справочник. 3-е издание, доп.СПб: Изд-во «ХИМИЗДАТ», 2010. 360 с.

37. Патент на изобретение США №5611824.

38. Патент на изобретение США №5234475.

39. Анисимова З.В. Способ оптимизации горения жидких углеводородных топлив // Патент на изобретение РФ №2299232. Бюл. №14 от 20.05.2007 г.

40. Белоусов В.П., Белоусова И.М., Будтов В.П. и др. Фуллерены: структура, физико-химические и нелинейно-оптические свойства // Оптический журн., 1997 г., т. 64, №12. С. 3-37.

41. Белоусов В.П., Белоусова И.М., Григорьев В.Α., Данилов О.Б., Крисько А.В., Пономарев А.Н., Соснов Е.Н. Фотолюминесценция синглентного кислорода в фуллеренсодержащих растворах и суспензиях фуллероидов // Оптический журн., 2001 г. Т. 68. №7. С.76-79.

42. Пиотровский Л.Б., Белоусова И.М., Данилов О.Б., Киселев О.И. Фуллерены: фотодинамические процессы и новые подходы. СПб: Изд. «Роза мира», 2005 г. С.30-38.

43. Суясова Μ.В. Агрегирование и механизмы самоорганизации фуллеренолов в водных растворах // Дисс. к. ф.-м. н., 01.04.07 - физика конденсированного состояния, СПб, 2017, 174 с.

44. Зарипова М.А. Влияние наночастиц на изменение теплофизических, термодинамических свойств некоторых кислородосодержащих, азотосодержащих органических жидкостей при различных температурах и давлениях // Дисс. д.т.н., 01.04.14 - Теплофизика и теоретическая теплотехника, Душанбе, 2016 г.

45. Суханов А.А. Исследование межмолекулярных взаимодействий в твердофазных смесях С₆₀ - галогенид щелочного металла и их водных растворах газа // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2007. Т. 2. С. 1-8.

46. Згонник В.Н. и др. Синтез фуллеренсодержащих полимеров на основе поли-М-винилпирролидона // Журнал прикладной химии. 1997. Т. 70. №9. С.1538-1542.

47. Мчедлов-Петросян Н.О. Растворы фуллерена С₆₀: коллоидный аспект // Хiмiя, фiзика та технологiя поверхнi. 2010. Т. 1. №1. С.19-37.

48. Тропин Т.В. И др. Немонотонное поведение концентрации в кинетике растворения фуллеренов // Письма в ЖЭТФ. 2006. Т. 83. №9. С.467-472.

49. Авдеев М.В., Аксенов М.В., Тропин Т.В. Модели кластерообразования фуллеренов в растворах // Журнал физической химии. 2010. Т. 84. №8. С.1405-1416.

50. Мекалова Н.В. Фуллерены в растворах. Уфа: Уфимский гос. нефтяной технический университет, 2001. 107 с.

51. Гинзбург Б.М., Туйчиев Ш., Шухиев С. Влияние малых концентраций фуллерена С₆₀ на диэлектрическую проницаемость его растворов в n-ксилоле // Письма в ЖТФ. 2009. Т. 35. №11. С.18-24.

52. Гинзбург Б.М., Туйчиев Ш. Изменения структуры ароматических растворителей под действием растворенного в них фуллерена С₇₀ // Кристаллография. 2008. Т. 53. №4. С.681-685.

53. Торок Д., Лебедев В.Т., Чер Л. Исследование аномальной кластеризации С₆₀ в толуоле методом малоуглового рассеяния нейтронов // Физика твердого тела. 2002. Т. 44. №3. С.546-547.

54. Безмельницын В.Н., Елецкий А.В., Окунь М.В. Фуллерены в растворах //Успехи физических наук. 1998. Т. 168. №ц.с. 1195-1220.

55. Семенов К.Н. и др. Фуллеренол 70-d: синтез, идентификация, политермическая растворимость и плотность водных растворов // Наносистемы: физика, химия, математика. 2012. Т. 3. №6. С.146-156.

56. Бадамшина Э.Р., Гафурова М.П. Гидроксилированные фуллерены и фуллеренсодержащие уретаны // Высокомолекулярные соединения, серия Б. 2007. Т. 49. №7. С.1306-1316.

57. Бубнов В.П. и др. Новые подходы к синтезу водорастворимых эндоме-таллофуллеренов с гадолинием // Hydrogen Materials Science and Chemistry of Carbon Nanomaterials. X Intern. Conf., 2007. 1150 p.

58. Ходорковский Μ.А. и др. Исследование состава высших фуллеренов при абляции углеродсодержащих материалов // ЖТФ. 2005. Т. 75. В. 10. С.51-54.

59. Афанасьев Ф.В., Дюжев Г.А., Каратаев В.И. Влияние заряженных частиц на процесс образования фуллеренов // Письма в ЖТФ. 1999. Т. 25. №5. С.35-40.

60. Бубнов В.П. и др. Получение сажи с высоким содержанием фуллеренов С₆₀, С₇₀ методом электрической дуги // Изв. Академии наук. Сер. хим. 1994. Т. 5. С.805-809.

61. Евлампиева Н.П. и др. Особенности светорассеяния в растворах фуллеренсодержащих полимеров // Высокомолекулярные соединения, серия А. 2007. Т. 49. №6. С.977-987.

62. Евлампиева Н.П. и др. Электрооптические и молекулярные свойства звездообразных фуллеренсодержащих производных поливинилпирролидона в растворах // Высокомолекулярные соединения, серия А. 2004. Т. 46. №5. С.822-829.

63. Лопатин М.А. и др. Полимеризация метилметакрилата в присутствии С₆₀ (С₇₀) и молекулярные характеристики фуллеренсодержащих полиметил-метакрилатов // Журнал общей химии. 2008. Т. 78. №8. С.1310-1317.

64. Семенов К.Н. и др. Политермическая растворимость легких фуллеренов в технической смеси высокомолекулярных карбоновых кислот (ВИК) // Журнал прикладной химии. 2007. Т. 80. №1. С.39-42.

65. Кескинов, В.А. и др. Фазовые равновесия в системе фуллерен С₆₀ - фуллерен С₇₀ - гегсан - о-ксилол - диметилформамид // Журнал физ. химии. 2008. Т. 82. №3. С.407-409.

66. Семенов К.Н. и др. Растворимость смесей фуллерен С₆₀ - фуллерен С₇₀ в стироле 25°С // Журнал физической химии. 2009. Т. 83. №1. С.72-75.

67. Арапов О.В. И др. Растворимость в системе фуллерен С₆₀ - фуллерен С₇₀ - о-ксилол // Журнал прикладной химии. 2003. Т. 76. №1. С.35-38.

68. Осипьян Ю.А. и др. Электропроводность кристаллов фуллерена С₆₀ при динамическом сжатии до 200 кбар // Письма в ЖЭТФ. 2002. Т. 75. №11. С.680-683.

69. Трошин П.Α., Любовская Р.Н. Органическая химия фуллеренов: основные реакции, типы соединений фуллеренов и перспективы их практического использования // Успехи химии. 2008. Т. 77. №4. С.323-369.

70. Безмельницын В.Н., Елецкий А.В., Степанов Е.В. О природе аномальной температурной зависимости растворимости фуллеренов в органических растворителях // Журнал физической химии. 1995. Т. 69. №4. С.735-738.

71. Елецкий А.В. Углеродные нанотрубки и их эмиссионные свойства // Успехи физических наук. 2002. №172. С.401-438.

72. Елецкий А.В. Сорбционные свойства углеродных наноструктур // Успехи физических наук. 2004. №174. С.1191-1231.

73. Елецкий А.В. Механические свойства углеродных наноструктур и материалов на их основе // Успехи физических наук. 2007. №177. С.233-274.

74. Елецкий А.В., Смирнов Б.М. Фуллерены и структуры углерода // Успехи физических наук. 1995. №165. С.977-1009.

75. Туйчиев Ш. и др. Исследование электрофизических свойств растворов фуллерена С₆₀ в ароматических растворителях // Доклады Академии наук Республики Таджикистан. 2010. Т. 53. №7. С.548-552.

76. Pat. 20120183468 U. S. Water-Soluble Functionalized Fullerenes / Μ. Farrell, Μ. Guaragno; priority date: 17.01.12.

77. Седов В.П., Сжогина А.А. Способ получения высоко водорастворимых фуллеренолов // Патент на изобретение РФ №2558121. Бюл. №21 от 27.07.2015 г.

78. Введинский А.А., Масамиженов Т.Н. Термодинамические функции гидразина и его метилпроизводных // ИФЖ. - 1966. - 40. - №6. - С.1372-1377.

79. Дорофеев Α.Α., Ягодников Д.А. Термодинамическое моделирование неравновесного состава продуктов сгорания и разложения жидких ракетных топлив на основе гидразина // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электронный журнал. 2016. №05. С.29-40. DOI: 10.7463/0516.0841540.

80. Шпилевский Э.М. Фуллерены - новые молекулы для новых материалов. // Наука и инновации, 2006, №5, с. 32-38.

81. Витязь П.А., Шпилевский Э.М. Фуллерены в матрицах различных веществ. // ИФЖ, 2012, т. 85, №4, с. 718-724.

82. Терехов А.И., Терехов А.А. Исследования и разработки в области фуллеренов в России: опыт наукометрического анализа. // Российский химический журнал, 2006, т. 50, №1, с. 114-118. Витязь П.А., ред. Фуллерены и нано-структуры в конденсированных средах. Сб. науч. ст.// Минск, Изд-во «Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси», 2018, 299 с.

83. Алтунин В.Α., Алтунин К.В., Алиев И.Н., Абдуллин М.Р., Давлатов Н.Б., Платонов Е.Н., Яновская М.Л. Некоторые пути повышения эффективности жидких и газообразных углеводородных и азотосодержащих горючих для двигателей летательных аппаратов // Тепловые процессы в технике. 2019. Т. 11. №10. С.453-479.

84. Алтунин В.А., Давлатов Н.Б., Зарипова М.А., Алиев И.Н., Яновская М.Л. Экспериментальная база и методики проведения исследований теплофизических свойств жидкого чистого гидразина и его смесей с неметаллическими добавками - фуллеренами // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. 2019. №3. С.30-38.

85. Алтунин В.А., Давлатов Н.Б., Зарипова М.А., Сафаров М.М., Алиев И.Н., Яновская М.Л. Экспериментальное исследование теплофизических свойств жидкого чистого гидразина при различных температурах и давлениях. // Инженерный журнал: наука и инновации, 2019, вып.10. Электронный журнал. http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2019-10-1922

86. Алтунин В.А., Давлатов Н.Б., Зарипова М.А., Алиев И.Н., Яновская М.Л. Результаты экспериментальных исследований и методика расчета теплофизических свойств гидразина и его смесей с фуллеренами // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. 2019. №3. С.39-51.

87. Абдуллин М.Р., Давлатов Н.Б., Шигапов P.P. (Науч. рук.: д.т.н., проф. В.А. Алтунин). Анализ и классификация путей совершенствования жидкостных ракетных двигателей одно - и многоразового использования на углеводородных и азотосодержащих горючих и охладителях // Матер, докл. международ, молодежной научной конф. «24-е Туполевские чтения», посвященные 130-летию со дня рождения авиаконструктора И.И. Сикорского. (КНИТУ-КАИ, г. Казань, 7-8 ноября 2019 г.). Казань: Изд-во КНИТУ-КАИ. Т.2. С.314-320.

88. Хилькевич В.Я., Яновский Л.С. Использование эффектов рикошетирования и кабрирования для увеличения дальности полета ракет // Известия вузов. Авиационная техника. 205. №3. С.70-72.

89. Аверьков И.С., Разносчиков В.В., Яновский Л.С. Влияние свойств топлив на характеристики летательного аппарата с прямоточным воздушно-реактивным двигателем // Авиационные двигатели. 2018. №1. С.73-81.

90. Петрухин Н.В., Сергеев С.М. Подходы к оценке топлив для гиперзвуковых двигателей // Вестник СГАУ им. акад. С.П. Королева. 2013. №3 (41), часть 2. С.181-184.

91. Луковников А.В., Разносчиков В.В., Яновская М.Л. Выбор и оптимизация состава авиационных газовых и сконденсированных топлив по критериям эффективности летательного аппарата // Электронный журнал «Труды МАИ». Выпуск №37. 2010 г.

92. Сорокин В.А., Яновский Л.С., Козлов В.А. и др. Ракетно-прямоточные двигатели на твердых и пастообразных топливах. Основы проектирования и экспериментальной отработки. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 230 с.

93. Дубовкин Н.Ф., Яновский Л.С. Харин А.А. и др. Топлива для воздушно-реактивных двигателей. М.: МАТИ, 2001. 443 с.

94. Разносчиков В.В. Системный анализ использования топлива в авиационных силовых установках. Полет. Общероссийский научно-технический журнал, №4. 2008. С.28-32.

95. Сорокин В.Α., Яновский Л.С., Ягодников Д.А. и др. Проектирование и отработка ракетно-прямоточных двигателей на твердом топливе. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. 317 с.

96. Обносов Б.В., Сорокин В.А., Яновский Л.С. и др. Конструкция и проектирование комбинированных ракетных двигателей на твердом топливе. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. 303 с.

97. Абугов Д.И., Бобылев В.М. Теория и расчет ракетных двигателей твердого топлива. М.: Машиностроение, 1987. 272 с.

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Способ повышения эффективности воздушных, гиперзвуковых, аэрокосмических и космических летательных аппаратов, одно- и многоразового использования на жидких углеводородных горючих заключается в введении в него фуллеренов марок С₆₀, С₇₀, С₈₄ при их концентрации (0,1-0,5)%. Изобретение обеспечивает повышение эффективности реактивных двигателей и энергоустановок на жидких горючих и охладителях путем введения в них неметаллических добавок, повышая их плотность. 12 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ повышения эффективности воздушных, гиперзвуковых, аэрокосмических и космических летательных аппаратов одно- и многоразового использования на жидких углеводородных горючих путем повышения их эффективности введением в них неметаллических нанодобавок в виде сухих чистых фуллеренов марок С₆₀, С₇₀, C₈₄, отличающийся тем, что фуллерены марок С₆₀, С₇₀, C₈₄ вводятся в жидкое азотосодержащее горючее, например в жидкий чистый гидразин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ввод фуллеренов в жидкий чистый гидразин, находящийся в наземных емкостях или цистернах, в баках или отсеках горючего летательных аппаратов (ЛА) или космических летательных аппаратов (КЛА) при нормальных или повышенных параметрах по давлению и температуре, осуществляется в условиях его естественной конвекции.

3. Способ по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что в жидкий чистый гидразин вводят одну из марок фуллеренов или С₆₀, или С₇₀, или C₈₄ при фиксированных концентрациях, %: или 0,1; или 0,2; или 0,3; или 0,4; или 0,5.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что чистые сухие фуллерены марок С₆₀, С₇₀, C₈₄ с их концентрацией, %: (0,1-0,5) полностью растворяются в жидком чистом гидразине в течение 10 минут, увеличивая при этом его плотность.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что при одинаковых условиях и концентрациях исследуемых фуллеренов при их вводе в жидкий чистый гидразин дальнейшее увеличение его свойств происходит при последовательном применении фуллеренов марок С₆₀, С₇₀, C₈₄, где наиболее эффективными являются фуллерены марки C₈₄.

6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что на борту ЛА, КЛА одно- и многоразового использования конструктивно снаружи или внутри бака, или отсека, или дополнительного бака горючего расположены бортовые устройства для ввода фуллеренов в жидкий чистый гидразин в ходе воздушных, гиперзвуковых, аэрокосмических и космических полетов.

7. Способ по любому из пп. 1-6, отличающийся тем, что бортовые устройства для ввода фуллеренов в жидкий чистый гидразин заполняются фуллеренами перед полетом или в ходе полета ЛА, КЛА или в виде чистого сухого порошка, или в виде раствора чистых сухих фуллеренов в жидком чистом гидразине.

8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что бортовые устройства для ввода фуллеренов в жидкий чистый гидразин конструктивно выполнены одноразового использования для двигателей и энергоустановок одноразового использования, для ЛА и КЛА одноразового использования, многоразового использования для двигателей и энергоустановок многоразового включения и использования, для ЛА, КЛА многоразового использования, стационарные или съемные, заменяемые в незаправленном или в заправленном виде.

9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что фуллерены вводятся в жидкий чистый гидразин или в наземных условиях в стационарных или мобильных баках или цистернах, непосредственно в баках или отсеках горючего на ЛА, КЛА, перед запуском двигателей и энергоустановок ЛА, КЛА, или в воздушных условиях, непосредственно в баках или отсеках горючего ЛА, в ходе работы двигателей и энергоустановок при полете ЛА, или в космических условиях, непосредственно в баках или отсеках горючего ЛА, КЛА, в период молчания двигателей и энергоустановок на орбите, а также в ходе их работы, в период подготовки бортового горючего, его сбора и повышения его эффективности, и КЛА к уводу на дальние орбиты захоронения или к спуску на Землю, при этом ввод фуллеренов осуществляется в общем баке или отсеке горючего, а также в дополнительных баках, куда собираются остатки бортового горючего, или горючее в них заправляется на Земле до начала полета.

10. Способ по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что бортовые устройства для ввода фуллеренов в жидкий чистый гидразин конструктивно объединены в общую батарею, где каждое устройство заправляется фуллеренами одной марки, например или С₆₀, или С₇₀, или C₈₄, и одной концентрации, например, %: или 0,1, или 0,2, или 0,3, или 0,4, или 0,5.

11. Способ по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что выбор заполненного конкретной маркой и конкретной концентрацией фуллеренами бортового устройства для ввода фуллеренов в жидкий чистый гидразин осуществляется по экспериментальной базе данных вручную или автоматически при необходимости обеспечения расчетной плотности жидкого чистого гидразина для выполнения полетных заданий и задач для пилотируемых и беспилотных ЛА, КЛА одно- и многоразового использования двойного назначения.

12. Способ по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что ввод фуллеренов в жидкий чистый гидразин осуществляется вручную, полуавтоматически и автоматически.

13. Способ по любому из пп. 1-12, отличающийся тем, что информация о выборе бортового устройства для ввода фуллеренов, о вводе фуллеренов в жидкий чистый гидразин и их полном растворении в нем в автоматическом режиме заносится в бортовой и наземный компьютер, а также выводится на информационное табло летчика-космонавта и наземного оператора.