Ученые Самарского университета имени Королёва совместно с коллегами из Физического института имени Лебедева РАН разработали экспериментальную установку акустической левитации для подбора компонентов и испытания новых видов ракетного топлива. Разработка позволяет проводить эксперименты с каплями различных веществ, зависшими в воздухе под воздействием ультразвуковых волн, что повышает точность химических опытов.
Как сообщили в пресс-службе университета, установка предназначена для работы с высокоэффективными и малотоксичными ракетными топливами нового поколения. В исследованиях также принимают участие специалисты Института органической химии имени Зелинского РАН. Проект получил поддержку в виде гранта Российского научного фонда.
Принцип работы левитатора
Условия левитации обеспечивают заметное преимущество перед традиционными методами испытаний. Капли топлива парят в воздухе, не соприкасаясь со стенками каких-либо ёмкостей. Это снижает внешнее влияние на протекание химических реакций и минимизирует нежелательные поверхностные эффекты и процессы теплообмена, которые присутствуют при работе с большими объёмами жидкости.
По словам Ивана Антонова, доцента кафедры оптики и спектроскопии Самарского университета, левитатор позволяет исследовать процессы горения в условиях микрогравитации — практически как в космосе, но без использования сложных испытательных стендов. Установка даёт возможность изучать реакции на уровне одиночных капель и анализировать влияние размера капли на её химическую активность.
Текущие задачи и перспективы
В настоящее время на установке испытывают компоненты, которые могут стать основой для более эффективных и экологичных ракетных топлив. Речь идёт о гипергольных ионных жидкостях — веществах, способных самопроизвольно воспламеняться при контакте с окислителем. Исследуя реакции воспламенения и горения, учёные подбирают оптимальную рецептуру будущего космического топлива.
Цель ведущихся экспериментов — выявить взаимосвязь между структурой ионной жидкости и её способностью к самовоспламенению. На основании полученных закономерностей планируется синтезировать новые гипергольные ионные жидкости с улучшенными свойствами и разработать методы их производства.
В ближайшее время на левитаторе запланирована серия опытов с новым классом ионных жидкостей, обладающих высокими детонационными характеристиками. Эти вещества разработаны специалистами Института органической химии РАН.
Кроме того, технология ультразвуковой левитации может применяться и в других областях: для углублённого изучения процессов горения и впрыска топлива в двигателях, что в перспективе позволит создавать более надёжные и высокоэффективные силовые установки.