Ученые из ТПУ разработали физическую модель физико-химических процессов, которая послужит основой для создания новых гелеобразных топлив для аэрокосмической отрасли. Модель описывает широкий спектр взаимосвязанных физико-химических процессов, возникающих при взаимодействии компонентов самовоспламеняющихся топливных систем. Анализ этих процессов, характерных для жидких составов, состоящих из горючего и окислителя, позволит создать топливо с улучшенными энергетическими, эксплуатационными и экологическими показателями, превосходящими существующие аналоги.
Исследование выполнено при поддержке РНФ (грант № 25-29-00637). Результаты работы опубликованы в журнале Acta Astronautica (Q1, IF: 3.4).
Гиперголические топлива, способные к самовоспламенению, находят применение в космической технике, подводных газогенераторах, системах быстрого запуска и в других установках, где требуется мгновенное воспламенение горючего без предварительного нагрева от внешнего источника. Ключевым свойством таких топлив является способность к самовоспламенению при смешивании с окислителем. Это обеспечивает удобство использования, однако предъявляет повышенные требования к безопасности и контролю над процессом горения.
«В отличие от предыдущих исследований, которые в основном сосредоточены на анализе химического состава топлив и их пропорций, наша работа посвящена изучению того, как меняются физические свойства элементов топливной системы при взаимодействии, когда окислитель, горючее или оба компонента переходят в гелеобразное состояние», — поясняет руководитель проекта, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Ольга Высокоморная.
На начальном этапе исследования ученые из ТПУ создали физическую модель, объясняющую механизм и последовательность воспламенения топливной системы. В качестве примера был использован тетраметилэтилендиамин (горючее) и высококонцентрированная азотная кислота (окислитель). В ходе лабораторных испытаний исследователи принимали во внимание энергию, которой обладают капли при столкновении, изменяя высоту их сброса.
Полученные в ходе лабораторных исследований данные представляют собой значительный объем информации, которая будет использована для прогнозирования параметров схожих процессов в самовоспламеняющихся топливных системах, содержащих гелеобразные компоненты.
«Представленные результаты демонстрируют основные принципы, определяющие процесс воспламенения гиперголических топлив. Для применения этих данных в условиях эксплуатации настоящих энергетических установок необходимо тщательно удостовериться в соблюдении законов сохранения при изменении масштаба самовоспламеняющихся систем. Это критически важно для обеспечения управляемого, а следовательно, безопасного и эффективного горения», — отмечает Ольга Высокоморная.
Финансирование от РНФ выделено на период с 2025 по 2026 год. По завершении работы исследователи намереваются получить ряд образцов многообещающих топливных систем, содержащих гелеобразные компоненты.
В исследовании задействованы сотрудники Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов и Инженерной школы энергетики ТПУ.