Ученые Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов и Инженерной школы энергетики ТПУ обосновали физическую модель, которая описывает большую группу взаимосвязанных физико-химических процессов, протекающих при взаимодействии компонентов самовоспламеняющихся топливных систем. Понимание этих процессов для жидких составов на основе горючего и окислителя ляжет в основу создания новых гелеобразных топлив для аэрокосмической отрасли. Такие топливные составы будут обладать улучшенными энергетическими, эксплуатационными и экологическими характеристиками по сравнению с уже используемыми.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (№ 25-29-00637). Результаты работы опубликованы в журнале Acta Astronautica (Q1, IF: 3,4).

Гиперголические (самовоспламеняющиеся) топлива широко используются в различных областях, включая космические и подводные газогенераторы, системы аварийного старта, а также двигательные установки, требующие мгновенного воспламенения горючего без относительно длительного подвода теплоты от внешнего источника энергии. Главная особенность таких топливных систем — их способность к самовоспламенению при контакте горючего с окислителем. Это делает их удобными в эксплуатации, но в то же время определяет высокие требования к безопасности и управляемости процессов горения.

«В то время как существующие работы преимущественно анализируют химические составы топлив и соотношения их компонентов, наше исследование направлено на изучение изменений физических характеристик взаимодействующих элементов топливной системы, когда окислитель или горючее или оба компонента находятся в гелеобразном состоянии», — рассказывает руководитель проекта, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Ольга Высокоморная.

На первом этапе работ ученые ТПУ разработали физическую модель, которая описывает, как именно и в какой последовательности протекает процесс воспламенения топливной системы на примере тетраметилэтилендиамина (горючее) и высококонцентрированной азотной кислоты (окислитель). При этом в ходе лабораторного эксперимента исследователи учитывали энергию, которой обладают капли в момент столкновения, варьируя высоту сброса капли топлива.

Лабораторные исследования, выполненные в рамках оригинальных методик с использованием большого набора методов бесконтактной регистрации характеристик физико-химических процессов, позволили получить большой объем данных, который в дальнейшем послужит основой для прогнозирования характеристик аналогичных процессов для самовоспламеняющихся топливных систем с гелеобразными компонентами.

«Полученные результаты иллюстрируют фундаментальные закономерности процесса воспламенения гиперголических топлив. Их перенос на условия работы реальных энергоустановок требует тщательной проверки законов сохранения при масштабировании параметров самовоспламеняющихся систем. Это важно для поддержания управляемого, а значит безопасного и эффективного процесса горения», — отмечает Ольга Высокоморная.

Исследование реализовано в рамках гранта РНФ «Разработка рецептур и аспектов применения безопасных самовоспламеняющихся топлив на основе гелеобразных компонентов». Работа рассчитана на 2025-2026 годы. К концу 2026 года ученые планируют получить группу образцов перспективных самовоспламеняющихся топливных систем с гелеобразными компонентами.