CC BY
68
^ 10.24411/2409-5419-2018-10017
Подход к оперативному контролю качества компонентов жидкого ракетного топлива при долгосрочном хранении в резервуарах на заправочных станциях
КРАВЦОВ
Александр Николаевич1
ВЕЛИЧКО Аркадий Юрьевич2
УСИКОВ
Валентин Дмитриевич3
Сведения об авторах:
1к.т.н., доцент, начальник кафедры метрологического обеспечения вооружения, военной и специальной техники Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected]
2начальник метрологической службы 1 Главного испытательного космодрома МО РФ, Архангельская обл., г. Плесецк, Россия, [email protected]
3курсовой офицер - преподаватель факультета автоматизированных систем управления войсками Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected]
АННОТАЦИЯ
В работе проанализирован подход к контролю качества горючего жидкого ракетного топлива при долгосрочном хранении его в резервуарах на заправочных станциях, на примере несимметричного диметилгидразина и с учетом существующих недостатков рассмотрен подход к контролю качества горючего при воздействии на него электромагнитного поля при различных частотах синусоидальных колебаний и температурах. Предлагаемый подход основан на свойстве жидкостей, в котором при некоторой характеристической частоте, приобретенной в частотно-изменяющемся электромагнитном поле в диапазоне от 0,9 кГц до 10 МГц, активная электропроводность остается неизменной при различных температурах, что позволяет охарактеризовать как саму жидкость, так и изменение её состояния. Это свойство жидкостей помогло с новых позиций представить теоретические основы, позволяющие разработать научно-методологический аппарат оперативного контроля качества горючего на основе результатов измерения удельных электромагнитных характеристик. Представлены результаты экспериментальных исследований горючего несимметричного диметилгидразина. Сами удельные параметры существенно различаются, так как непосредственно связаны с различающимися формами вещества, одновременно содержащимися в данной жидкости. Эти различия носят структурный характер и очень существенны. Предложенный подход позволяет непрерывно контролировать качественные изменения горючего, которые происходят при долгосрочном хранении, транспортировке, нарушении технологии хранения, и сигнализировать о невозможности применения данного горючего для заправки ракет космического назначения. Предложены пути реализации данного подхода на заправочных станциях ракет космического назначения. Обусловлена роль взаимодействия метрологических воинских подразделений и физико-химических лабораторий по калибровке датчиков контроля качества горючего. Проанализирована актуальность применения данного подхода и перспектива применения его в военно-космической отрасли для контроля качества различных горючих жидких ракетных топлив.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: несимметричный диметилгидразин; ракетное горючее; оперативный контроль качества ракетного горючего; электромагнитное поле; активная электропроводность.
Для цитирования: Кравцов А.Н., Величко А.Ю., Усиков В.Д. Подход к оперативному контролю качества компонентов жидкого ракетного топлива при долгосрочном хранении в резервуарах на заправочных станциях // Наукоемкие технологии в космических исследованиях Земли. 2018. Т. 10. № 1. С. 29-38. ^ 10.24411/2409-5419-2018-10017
Процесс химического превращения веществ, составляющих топливо, в продукты горения — это, по сути, процесс соответствующей перегруппировки атомов, из которых состоят молекулы компонентов топлива, с образованием новых молекул.
Обычно топливо состоит из двух веществ — горючего и окислителя, которые называются компонентами ракетного топлива (КРТ).
Горючее — это вещество, атомы которого при переходе в продукты горения имеют существенно положительный прирост суммарной степени окисления, а окислитель — это вещество, атомы которого при переходе в продукты горения имеют существенно отрицательный прирост суммарной степени окисления.
Данная работа была проведена в рамках совершенствования автоматизированной системы управления предстартовой подготовки и пуска ракет космического назначения. Предлагаемый подход к контролю качества горючего ракет космического назначения при долгосрочном хранении его на заправочных станциях, позволяет существенно повысить оперативность проверки и контроля его качества.
В соответствии с ГОСТ 15467-79 качество продукции — это совокупность свойств продукции, обусловливающих её пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с её назначением. А контроль качества — это процесс получения и обработки информации об объекте с целью определения нахождения параметров объекта в заданных пределах.
Процесс контроля заключается в установлении соответствия действительных значений физических величин установленным предельным значениям. Контроль должен ответить на вопрос, находится ли контролируемая физическая величина в поле допуска или выходит за его пределы. Контроль параметров и характеристик объекта, связанный с нахождением действительных значений физических величин, называется измерительным контролем.
В тех случаях, когда нет необходимости определять числовые значения физических величин, а требуется установить только факт нахождения параметра в поле допуска или выхода из него, производится качественная
оценка параметров объекта, то есть осуществляется качественный контроль.
Рассмотрим существующий подход к контролю качества горючего ракет космического назначения при долгосрочном хранении его в резервуарах на заправочных станциях на примере горючего несимметричного диме-тилгидразина (НДМГ).
Несимметричный диметилгидразин является одним из наиболее широко применяемых в настоящее время ракетных горючих. По внешним признакам это бесцветная или слегка желтоватая весьма летучая жидкость с запахом, подобным запаху аммиака.
Основным компонентом горючего, которое имеет также условное наименование «гептил», является собственно НДМГ, химическая формула которого (СН3)2^Н2, продукт несимметричного замещения двух атомов водорода в молекуле гидразина радикала СН3 Основные физические характеристики НДМГ представлены в табл. 1.
НДМГ с азотнокислотными окислителями взаимодействует очень активно и самовоспламеняется. К конструкционным материалам не агрессивен. Для хранения и транспортировки НДМГ применяются емкости из углеродистой стали Ст-3, для баков ракет — алюминиевые сплавы АМг-3 или АМг-6. Постоянный контакт с воздухом недопустим, так как НДМГ активно поглощает кислород и окисляется, поэтому его хранят в герметично закрытых емкостях при максимальной степени заполнения под азотной «подушкой». Герметичное хранение необходимо также в связи с большой гигроскопичностью продукта, особенно при повышенной температуре и влажности воздуха. Емкости снабжают устройствами для контроля давления и поддержания его на заданном уровне.
НДМГ- весьма токсичный продукт. Поражение им возможно при вдыхании паров и в результате всасывания его через кожу, вследствие чего появляется боль, головокружение, слабость, сдавленность в груди, повышенная температура, а при сильном отравлении—боль в области сердца, красные пятна на лице и груди, развивается отек легких, наблюдается потеря сознания, судороги вплоть до смертельного исхода.
Предельно допустимая концентрация паров горючего в воздухе равна 0,0001 мг/л, по запаху же ощущается
Таблица 1
Основные физические характеристики горючего НДМГ
Горючее Тпл, К Т кип, К Ткр, К Ркр, МПа Р г/ 293' см3 С 293, кДж/кг г, кДж/кг Х293, Вт/ мК V 293' мм2/с кДж/кг
НДМГ 215 336 523 6,08 0,7905 2,68 586 0,17 0,68 +780
концентрация лишь 0,015-0,02 мг/л, поэтому все работы с НДМГ должны быть обеспечены техническими средствами обнаружения его паров в воздухе (автоматическими газоанализаторами), особенно в подземных сооружениях и стационарных закрытых хранилищах.
Емкости хранилища снабжены уровнемерами для определения объема топлива и пробоотборными устройствами для пробы топлива на химический анализ.
Обеспечение и контроль физико-химического состава компонентов ракетного топлива состоит в отборе пробы его из емкости, определении характеристик продукта и сопоставлении их значений с требованиями технических условий.
Целями контроля являются:
— предотвращение поставок некачественных продуктов;
— учет состояния хранимых запасов;
— своевременное освежение запасов.
Контроль осуществляется средствами стационарной физико-химической лаборатории.
В зависимости от числа определяемых при контроле характеристик компонента предусмотрены полный и контрольный анализы, каждый из которых выполняется в зависимости от обстоятельств перемещения продукта и сроков его хранения.
При всех перемещениях компонента (из транспортных средств в емкость хранилища, при доливе или освобождении емкости, сливе из ракеты и т.п.) общим правилом является: контрольный анализ проб, отбираемых из освобождающейся емкости (кроме бака ракеты), и не позднее чем в суточный срок полный анализ проб, отбираемых из принимающей емкости.
В процессе хранения компонента периодически в соответствии с утвержденным планом производится контрольный и полный анализы по срокам хранения:
— контрольный анализ всех компонентов выполняется 1 раз в три месяца;
— полный анализ производится по всем компонентам, как правило, 1 раз в год. В то же время период между анализами может отличаться для различных продуктов.
Отбор проб для анализа производится пробоотбор-ными устройствами, обеспечивающими получение «усред-
ненной» по объему продукта пробы, при этом составляется «акт отбора». Все пробы учитываются в «Журнале регистрации проб» физико-химической лаборатории, а результаты анализов заносятся в «Журнал учета анализов».
По результатам каждого анализа (полного или контрольного) составляется паспорт продукта, действующей до очередного анализа и являющийся важным документом-носителем исходных данных для расчета объема компонента при заправке ракеты или космического аппарата.
В стандартах на компоненты ракетного топлива имеется более 15 различных показателей, по которым выносится суждение о их свойствах.
По одним показателям можно получить представление об эксплуатационных свойствах КРТ, т.е. о том, как данный компонент будет вести себя при сгорании в двигателе, будет ли вызывать коррозию элементов двигателя и тары и т. п. Другие показатели служат для характеристики химического состава и, следовательно, косвенно тоже выражают эксплуатационные свойства КРТ.
Имеется ряд показателей, которыми пользуются, главным образом, для контроля кондиционности партий КРТ; при определении химической природы топлива подобные показатели полезны лишь в сочетании с другими.
Показатели КРТ широко используются в следующих случаях: при контроле качества компонента на производстве, в эксплуатации, при исследованиях и разработке новых топлив, изучении изменения свойств КРТ в условиях хранения, транспортировки и применения.
Кроме, собственно, НДМГ — основного компонента, дающего название горючему, продукт включает также некоторое количество примесей (табл. 2), которые являются неизбежным следом технологии получения горючего или результатом его окислительного разложения. Это метилендиметилгидразин — (CH3)2N2HCH2, диметиламин (CH3)2NH, вода и другие вещества.
Содержание этих примесей является контролируемым признаком качества горючего, так как с ростом их содержания ухудшаются энергетические и кинетические свойства.
Качество НДМГ должно удовлетворять спецификации НАТО Р-922, Mil-25604C или ВА-РР-202. Требования этих спецификаций и фактическое качество НДМГ представлено в табл. 3.
Требования по содержанию в НДМГ воды и механических примесей
Таблица 2
Примеси Допустимое содержание в процентах от массы ( не более чем)
При закладке горючего на длительное хранение При заправке ампулизированных ракет и им подобных объектов При заправке для немедленного пуска
Вода 0,3 0,4 0,5
Механические 0,003 0,003 0,005
Таблица 3
Техническое соответствие НДМГ
Характеристика Технические требования Фактическое качество
Плотность при 200С 0,783-0,786 0,785
Содержание % НДМГ не менее 98 99,2
Содержание % Воды не более 0,3 0,1
Оптическая плотность не менее 90 96
Фракционный состав Температура отгона 0С 10 % 90% не ниже 61,50С не выше 64, 50С 62,80С 63,90С
В тех случаях, когда необходимо определить качество горючего, производится забор проб из емкости, где хранится данное горючее и отправляется на химический анализ в стационарную физико-химическую лабораторию, которая проводит полный или контрольный анализ проб горючего и выносит результат не позднее 24 часов с момента забора проб.
При дифференциальном анализе качества горючего за основной показатель может приниматься плотность данного горючего, которую могут проверить непосредственно на заправочной станции, одним из основных приборов, которым измеряется плотность жидкости является ареометр.
Отсчет плотности производится по делению, до которого ареометр погружается в жидкость. Отсчет производится по верхнему краю мениска. Измерение производят при температуре окружающей среды. Для приведения плотности к плотности при нормальных условиях ^ = 20°С) используется формула:
Р20 = Р4 +1(1 - 20), (1)
где р20 — плотность при нормальной температуре (20°С); р4 — плотность, измеренная при температуре у — температурная поправка.
Процесс измерения плотности является технологически сложным и требует наличия определенных навыков у личного состава подразделений космодрома, в связи с чем возникает ряд проблем, а именно:
1. Невозможность дежурной смены заправочной станции определить качество горючего собственными силами;
2. Процесс забора проб и доставки их в стационарную физико-химическую лабораторию для определения пригодности горючего является трудоемким и затратным по времени;
3. Высока вероятность ошибки в определении качества горючего;
4. Проведение работ личным составом заправочной станции сопровождается риском для их жизни.
Далее рассмотрен один из возможных подходов к оперативному контролю горючего в местах его хранения, основанный на измерении удельной электропроводности горючего при воздействии на него электромагнитного поля в диапазоне от 0,9 кГц до 10 МГц.
Для более полного понимания данного подхода для начала предлагается рассмотреть основные понятия.
Потребуются большие затраты времени, если попытаться иллюстрировать на примерах научное и техническое значение классификации величин. Однако, упомянем лишь название чрезвычайно важного класса величин, имеющих направление в пространстве, которые Уильям Гамильтон, ирландский математик, разделил на скаляры, полностью изображенные одной числовой величиной, и векторы, требующие для своего определения трех числовых величин, и которые составляют предмет исчисления кватернионов в электродинамике, в электромагнитной теории поля. Он дал точное изложение теории комплексных чисел, построил систему чисел-кватернионов.
Кватернион (от латинского quateгni—по четыре) обобщение понятия комплексного числа. Кватернион имеет вид:
а + Ы +е] + ёк, (2)
где а, Ь, с, d — действительные числа, I, ], к — три специальные (мнимые) единицы. Для кватернионов справедливы все основные законы действий, кроме коммутативности умножения. Коммутативность (от позднелатинского соттШа^ш — меняющийся) или коммутативный (пере-местительный) закон, свойство сложения и умножения, выраженное формулами: а + Ы = Ы + а; а • Ы = Ы • а.
Используя векторный анализ и достижения в электродинамике, полученные другими выдающимися учеными того времени, Джеймс Максвелл обработал экспериментальные данные по электромагнитной индукции, полученные Майклом Фарадеем, ввел понятие о токах смещения в веществе любого состояния и в вакууме и установил два взаимосвязанных уравнения, характеризующих распространение электромагнитной энергии
в веществе, динамические процессы в нем, протекающие в течение времени при различных частотах колебаний электромагнитного поля.
Отметим, что уравнение электрической индукции справедливо, если в решении процессов, связывающих изменяющиеся в зависимости от времени электрические и магнитные поля, используются удельные плотности токов в веществе.
Во всем диапазоне частотного спектра, практически от 0 (постоянный ток) до 1018Гц (рентгеновское излучение) и выше справедливы два уравнения поля, которые описывают накопление и рассеяние энергии в веществе. Характер распространения электромагнитных колебаний в нем описывают следующими выражениями взаимосвязанных параметров электромагнитного поля:
rotH = i + е; rotE = -д,
(3)
(4)
где Н и Е — векторы напряженности магнитного и электрического полей; е и ц — абсолютные диэлектрическая и магнитная проницаемости; I — плотность тока.
Электрические и магнитные свойства вещества в синусоидальных полях характеризуются комплексными величинами. Действительные и мнимые части этого полного комплексного переменного являются сопряженными функциями (четные и нечетные функции) переменной частоты ю.
При создании уравнений решающую роль сыграло введение Максвеллом понятия плотности тока смещения, выраженного формулой:
дЕ
/см = 8« ¥' (5) и его гипотеза о том, что ток смещения (ток «связанных» зарядов) порождает магнитное поле по такому же закону, как и ток проводимости за счет количества движения «свободных» зарядов.
Из этих уравнений, а также из уравнения
divE = 4пр
(6)
представляющего собой выражение системы Гаусса в дифференциальной форме, и из уравнения, выражающего вихревой характер магнитного поля
divH = 0,
(7)
вытекает очень важное следствие, которое позволило Максвеллу предсказать существование электромагнитных волн, в том числе свободных волн без источников питания, и электромагнитную природу света.
Из уравнения (4) следует, что согласно закону Фара-дея изменение магнитного поля порождает вихрь электрического поля. При отсутствии источников питания уравнение (3) примет вид:
дЕ
rotH = £„-
° dt
(8)
Определив основные понятия, можно перейти к рассмотрению особенностей электромагнитной индукции в жидкостях.
Допустим, что все виды помех, имеющих место обычно в процессе определения удельных электромагнитных параметров жидкостей устранены и наблюдается истинная динамика электромагнитных процессов в них.
При этом жидкость помещена в электромагнитное поле, имеющее различную частоту в рабочем объеме датчика. Температура жидкости в рабочем объеме может быть различна.
Преобразуем уравнение электрической индукции (3) в вид:
гоН = е Е^ж +/'юё) (9)
где I — плотность тока, представленная, как
i = жЕ = ж- е 'ЮЕ-Е0;
ж — активная удельная электропроводность жидкости, См/м;
е — абсолютная комплексная диэлектрическая проницаемость жидкости.
Ё = е. е = jE'
где е' — активная составляющая, Ф/м; е'' - реактивная составляющая, Ф/м. С учетом выражения (10) получим:
гоН = е •ЕАж +'юе • е')
(10)
(11)
откуда следует, что полная удельная электропроводность жидкости может быть представлена в виде:
Y = ж + еюе'ф
(12)
Второе слагаемое в выражении (12) представляет собой поляризационную составляющую, обусловленную количеством движения токов смещения, возникающих за счет ориентации «связанных» зарядов в электромагнитном поле.
Представим е' в виде:
е1ф = соБф- jsin9
(13)
и подставим его в выражение (12). В результате получим:
Y = ж + ею cosф Оапф + j) = = ж + ею cosф • tanф + у'ею cosф,
(14)
где 1апф—тангенс угла потерь, возникающих за счет колебаний в синусоидальном электромагнитном поле. Они не учитывают потери, обусловленные количеством движения так называемых «свободных» носителей зарядов. В определение 1апф не входит величина ж, т.е. tanф = е' / е''.
В наиболее общем случае полный ток I в жидкости, подверженный воздействию внешнего электромагнитного поля в виде переменного напряжения V между электродами в рабочем объеме емкостного датчика может быть записан в виде:
I = К• V [ж + ею cosф(tanф + /)],
(15)
где К—геометрический фактор емкостного датчика, м-1.
Тогда геометрический фактор идеального датчика К0 будет равен:
К0 = ж / О,
(16)
где ж — активная удельная электропроводность, См/м;
О — активная измеренная электропроводность в жидкости в рабочем объеме датчика, См.
Из уравнения (14) следует, что активная удельная электропроводность состоит из двух слагаемых. Одно из них ж обусловлено количеством движения в жидкости под воздействием электромагнитного поля при данной частоте синусоидальных колебаний и при данной температуре так называемых «свободных» зарядов (ионов), образующих ток проводимости, способствующий переносу «свободных» зарядов от одного потенциального электрода (электродов) к другому (другим) потенциальному электроду.
Другое слагаемое (е • ю- cosф • tanф) обусловлено количеством движения так называемых «связанных» зарядов в жидкости, образующих ток смещения, циркулирующий в жидкости рабочего объема датчика в такт изменения частоты колебаний электромагнитного поля. Это активная ориентационная часть тока смещения электрически несимметричных молекулярных ассоциатов жидкости.
Каждое из слагаемых в зависимости от температуры имеет противоположные приращения их активных составляющих. Обратим внимание на особенности измерения электрофизических сосредоточенных параметров в радиотехнике и электронике.
Измерения активных показателей в электронных системах (не в жидкости), использующих малогабаритные R, С, Ь элементы, как правило, являются сосредоточенными в низкочастотном диапазоне колебаний и высокостабильными. Для их метрологической аттестации и поверки используются высокоточные эталоны с сосредоточенными параметрами. В таких схемах в процессе измерения активных потерь за счет токов смещения нет или они очень малы.
В жидкостях же в рабочем объеме датчика имеют место распределенные параметры как в процессе движения «свободных» носителей зарядов, так и токов смещения. Активные удельные составляющие за счет токов смещения по сравнению с активными составляющими за счет токов переноса «свободных» зарядов в электромагнитном поле, воздействующего на жидкость, могут иметь любую
величину, зависящую от рода жидкости и конструктивных особенностей датчика.
Это означает, что средства измерения удельных параметров жидкостей требуют двойной аттестации. Одна из них относится к электронному блоку и его согласованию с датчиком с заполненным веществом и без него в заданном диапазоне частот колебаний электромагнитного поля. Вторая аттестация требуется для всей в целом системы измерения по жидким стандартным образцам (СО), принадлежащим к данному роду, а также к различным видам этого рода.
Как уже отмечалось, из уравнения (14) следует, что активная удельная электропроводность жидкости является слагаемым двух величин. В сумме это скалярный показатель активной удельной электропроводности, который представляет собой в процессе измерения одну величину действующего значения. Каждое из слагаемых является активной величиной и в зависимости от температуры имеет противоположные приращения. В процессе изучения этого уникального явления было обнаружено новое свойство жидкости, приобретенное в электромагнитном поле с характеристической частотой ¥ и принадлежащее только данной жидкости, при которой в диапазоне температур от точки кипения до точки замерзания сохраняется неизменной активная удельная электропроводность ж¥х.
В результате был получен «Способ определения рода жидкостей», который может быть использован для оперативного определения рода и состояния жидкостей как органического, так и неорганического класса соединений—ди-амагнетиков и парамагнетиков. Данный способ лег в основу разработки подхода к оперативному контролю качества горючего жидкого ракетного топлива при долгосрочном хранении его в резервуарах на заправочных станциях.
Сущность способа заключается в следующем. Измеряют активные удельные электропроводности жидкости в диапазоне частот от 0,9 кГц до 10 МГц не менее, чем для двух различных температур в диапазоне от точки кипения до точки замерзания жидкости и по пересечению зависимостей активных электропроводностей от частоты синусоидальных электромагнитных колебаний поля находят характеристическую частоту колебаний ¥, которую используют как основной критерий рода и качества жидкостей.
Выбранный диапазон частот синусоидальных электромагнитных колебаний позволяет характеризовать изменение энергетики жидкости, сохраняя её характеристическую активную удельную электропроводность неизменной, также, как и характеристическую активную электропроводность рабочего объема датчика при различных температурах.
Выбранный диапазон температур обусловлен тем, что ниже температуры замерзания жидкость застывает, а выше температуры кипения происходит появление газовой фазы, что отражается на измерении.
Предложенный способ анализа жидкости был реализован на установке, включающей в себя: емкостной датчик, в конструкции которого имеется измеритель температуры, электронный блок, обеспечивающий воздействие на исследуемую жидкость электромагнитным полем с частотой / от 1 кГц до 10 МГц и измерительный блок для определения активной проводимости и других вспомогательных параметров жидкости, соединенный с компьютером.
В качестве оперативного измерителя величины активной электропроводности в рабочем объеме датчика О, активной удельной электропроводности ж, характеристической синусоидальной частоты ¥х электромагнитных колебаний поля, температуры ^ жидкостей использовалась автоматизированная система анализа.
Исследование рода жидкостей и разновидностей этого рода, а также состояния жидкостей проводили следующим образом. Сначала подготовленный чистый сухой датчик помещали в сосуд, заполненный исследуемой жидкостью. Затем жидкость термостатировали и проводили измерения активных электропроводностей при изменении частот электромагнитных синусоидальных колебаний от 1 кГц до 10 МГц не менее, чем для двух температур исследуемой жидкости. В качестве жидкости использовали горючее НДМГ.
Полученный результат приведен в табл. 4. Видно, что НДМГ соответствует своя характеристическая частота ¥х электромагнитных колебаний и активная удельная электропроводность ж¥х. Погрешность определения частоты колебаний ¥х не превышала 10 Гц, а удельной электропроводности ж, См/м, не превышала 1% относительных.
Таблица 4
Результат эксперимента
Жидкость Температуры измерений, t,°C Fx, кГц Fx' См/м
Несимметричный диметилгидразин (НДМГ) - (CH3)2N2H2 -60/+60 3800 8,0 10-5
На рис. приведены графические зависимости активной электропроводности ж¥х НДМГ от частоты ¥х электромагнитного поля при четырех температурах. Символом 2, отмечена точка пересечения зависимостей.
По точке пересечения этих зависимостей 2, и определяется характеристическая частота ¥х синусоидальных колебаний, при которой для данного горючего имеет место неизменность его характеристической электропроводности ж¥х от температуры.
На рис. 1 видно, что в точке 2, активная электропроводность ж¥х горючего НДМГ при частоте ¥х электромагнитного поля при четырех температурах остается неизменной и это свойство жидкости справедливо для всех жидких сред, что было доказано экспериментально. Для каждой жидкости существует своя частота электромагнитного поля, при которой ее активная электропроводность остается неизменной при различных температурах. В случае качественного изменения состава жидкости точка 2, будет смещаться, что позволит создать новый подход к оперативному контролю горючего. Разместив датчик, который будет откалиброван под данный вид горючего в емкость
Рис. Зависимость активной электропроводности ж¥х НДМГ от частоты ¥ электромагнитного поля при четырех температурах
с горючим, появится возможность в режиме реального времени контролировать качественные изменения горючего и принимать необходимые меры для восстановления установленных параметров для данного горючего или его своевременной замены, а также пересмотреть систему полных и контрольных проверок. В перспективе увеличения количества пусков ракет космического назначения предлагаемый подход, не увеличивая нагрузки на физико-химическую лабораторию, позволит делегировать часть контрольных функций личному составу боевых расчетов наземных испытательных комплексов. Также данный подход помогает сформировать ряд правил для различных нештатных ситуаций, связанных с принятием решения по замене горючего или его стабилизации, которые могут войти в экспертную систему поддержки принятия решения автоматизированной системы управления предстартовой подготовки и пуска ракет космического назначения.
Литература
1. Зрелое В. Н., Серегин Б. П. Жидкие ракетные топлива. М.: Химия, 1975. 320 с.
2. Большаков Г. Ф. Химия и технология компонентов жидкого ракетного топлива. Л.: Химия, 1983. 320 с.
3. Паушкин Я. М. Химия реактивных топлив. М.: АН СССР, 1962. 436 с.
4. Сарнер С. Химия ракетных топлив. М.: Мир, 1969. 488 с.
5. Светлорусов М. А., Орлов А. С. Метод снижения погрешности дозирования при заправке высококипящих компонентов ракетного топлива для РН «Союз» и «Молния» // Труды Военно-космической академии имени А. Ф. Можайского. 2010. № 627. С. 123-129.
6. Радионов В. А. Модель повышения оперативности контроля технического состояния сложных систем // Труды Военно-космической академии имени А. Ф. Можайского. 2010. № 628. С. 91-94.
7. Басотин Е. В., Гравченко Ю.А., Гранкин Б. К., Козлов В. В., СулаберидзеД. В. Модели нештатного функционирования пневмогидравлических систем комплексов заправки ракет космического назначения // Труды Воен-
но-космической академии имени А. Ф. Можайского. 2016. № 655. С. 140-150.
8. Максвелл Д. К. Статьи и речи. М.: Наука, 1968. 423 с.
9. Полак Л. С. Уильям Гамильтон 1805-1865 гг. М.: Наука, 1993. 267 с.
10. Усиков С. В. Определение электропроводности и диэлектрической проницаемости растворов. СПб.: Теза, 1997. 173 с.
11. Бройль Л. Революция в физике. М.: Атомиздат, 1965. 119 с.
12. Патент РФ № 2383010 Способ определения рода жидкости / Усиков С. В., Астратьева Н. В., Васильева Л. К., Карташов Ю. И., Усиков А. С., Фоменко В. В. Заявл. 04.05.2008. Опубл. 27.02.2010. Бюл. № 6. 6 с.
13. Гусеница Я. Н., Малахов А. В. Имитационное моделирование реконфигурируемых метрологических комплексов // Сборник научно-методических трудов I Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы развития вооружения, военной и специальной техники противовоздушной и противоракетной обороны, Космических войск Воздушно-космических сил». 2016. С. 102-116.
14. Мышко В. В., Кравцов А. Н., Копкин Е. В., Чику-ров В. А. Теоретические основы и методы оптимизации анализа технического состояния сложных систем: монография. СПб.: ВКА имени А. Ф. Можайского, 2013. 303 с.
15. Фендриков Н. М., Яковлев В. И. Методы расчетов боевой эффективности вооружения. М.: Воениздат, 1971. 224 с.
16.Шерстобитов С.А. Методика формирования требований к системе контроля функционирования автоматизированного рабочего места по поверке средств измерений // Информатика и системы управления. 2017. № 1 (51). С. 95-99.
17.Мищенко И. В., Миронов Е. А., Малахов А. В., Сма-гин В.А. Средства измерений давления и вакуума, параметров потока, расхода, уровня и объема веществ и их поверка. СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2015. 177 с.
18. O'ConnellJ. Metrology: The Creation of Universality by the Circulation of Particulars // Social Studies of Science. 1993. Vol. 23. Pp. 129-173.
THE APPROACH TO OPERATIONAL QUALITY CONTROL OF COMPONENTS OF LIQUID ROCKET FUEL DURING LONG TERM STORAGE IN TANKS AT PETROL STATIONS
ALEXANDER N. KRAVTSOV KEYWORDS: asymmetric dimethylhydrazine; rocket fuel;
operational control of the quality of rocket fuel; electromaq-
St. Petersburg, Russia, [email protected]
netic field; active electrical conductivity.
ARKADIJ J. VELICHKO,
Plesetsk, Russia, [email protected]
VALENTIN D. USIKOV,
St. Petersburg, Russia, [email protected]
ABSTRACT
This paper analyses the approach to control the quality of fuel liquid rocket fuel for long-term storage in tanks at petrol stations, for example, unsymmetrical dimethylhydrazine, and given the existing shortcomings of an approach to control the quality of fuel when exposed to electromagnetic fields at various frequencies of sinusoidal vibrations and temperatures. The proposed approach is based on the property of liquids in which at a certain characteristic frequency acquired in the frequency changing electromagnetic field in the range from 0.9 kHz to 10 MHz, the active conductivity remains unchanged at different temperatures, which allows to characterize the liquid and change its state. This property of liquids has helped with new positions to provide a theoretical framework to develop scientific and methodological apparatus operational quality control of fuel on the basis of the results of measurement of the specific electromagnetic characteristics. The results of experimental studies of fuel unsymmetrical dimethylhydrazine. Themselves the specific parameters are significantly different, as are directly associated with different forms of matter, at the same time contained in this fluid. These differences are of a structural nature and very significant. The proposed approach allows to continuously monitor quality of fuel changes, that occur during long-term storage, transportation, violation of storage technology, and to signal the impossibility of use of this fuel to fuel space rockets. Proposed ways of implementing this approach in filling stations space rockets. Due to the role of the interaction of military units metrological and physical-chemical laboratories for the calibration of sensors for monitoring fuel quality. Analyzed the relevance of this approach and the prospect of its application in military and space industry for quality control of various combustible liquid rocket fuels.
REFERENCES
1. ZrelovV. N., Seregin B. P. Zhidkie raketny'e topliva [Liquid rocket fuels]. Moscow: Chemistry, 1975. 320 p. (In Russian)
2. Bol'shakov G. F. Ximiya I texnologiya komponentov zhid-kogo raketnogo topliva [Chemistry and technology of components of liquid rocket fuel]. Leningrad: Chemistry, 1983. 320 p. (In Russian)
3. Paushin Ya. M.Ximiya reaktivny'x topliv [Chemistry of jet fuels]. Moscow: AS USSR, 1962. 436 p. (In Russian)
4. Sarner S. Ximiya raketny'x topliv [Rocket fuel chemistry]. Moscow: Mir, 1969. 488 p. (In Russian)
5. Svetlorusov M. A., Orlov A. S. Metod snizheniya pogresh-nosti dozirovaniya pri zapravke vysokokipyashchih komponentov raketnogo topliva dlya RN «Soyuz» i «Molniya» [Method of decrease in an error of dispensing when filling of the high-boiling components of rocket fuel for RN "Union" and "Lightning"]. Trudy voenno-kosmicheskoi akademii imeni A. F. Mozhaiskogo. [Proc. of the Military Space academy named after A. F. Mozhaisky]. 2010. No. 627. Pp.123-129. (In Russian)
6. RadionovV. A. Model' povysheniya operativnosti kontrol-ya tekhnicheskogo sostoyaniya slozhnyh sistem [Model of increase in efficiency of control of technical condition of difficult systems]. Trudy voenno-kosmicheskoi akademii im-eni A. F. Mozhaiskogo. [Proc. of the Military Space academy named after A. F. Mozhaisky]. 2010. No. 628. 2010. Pp. 9194. (In Russian)
7. Basotin E. V., Gravchenko YU.A., Grankin B. K., Kozlov V. V., Sulaberidze D. V. Modeli neshtatnogo funkcionirovaniya pnevmogidravlicheskih sistem kompleksov zapravki raket kosmicheskogo naznacheniya [Models of emergency functioning of pneumatichydraulic systems of complexes of gas station of rockets of space appointment]. Trudy voenno-ko-
smicheskoi akademii imeni A. F. Mozhaiskogo. [Proc. of the Military Space academy named after A. F. Mozhaisky]. 2016. No. 655. Pp.140-150. (In Russian)
8. Maksvell D. K. Stat'i i rechi [Articles and speeches]. Moscow: Nauka, 1968. 423 p. (In Russian)
9. Polak L. S. Uil'jam Gamil'ton 1805-1865 gg [William Hamilton 1805-1865]. Moscow: Nauka, 1993. 267 p. (In Russian)
10. UsikovS. V. Opredelenie jelektroprovodnosti i dijelek-tricheskoj pronicaemosti rastvorov [Determination of electrical conductivity and dielectric permittivity of the solutions]. St. Peterburg: Teza, 1997. 173 p. (In Russian)
11. Lui De Brojl'. Revoljucija v fizike [The revolution in physics]. Moscow: Atomizdat, 1965. 119 p. (In Russian)
12. Patent RF 2383010. Sposob opredelenija roda zhidkosti [The method of determining the type of fluid]. Usikov S. V., Astrat'eva N.V., Vasil'eva L.K., Kartashov Ju.I., Usikov A. S., Fomenko V. V. Declared 04.05.2008. Published 27.02.2010. Bulletin No. 6. 6 p. (In Russian)
13. Gusenitsa Y. N., Malakhov A. V. Imitacionnoe mode-lirovanie rekonfiguriruemyh metrologicheskih kompleksov [Simulation of reconfigurable metrological complexes]. Sbornik nauchno-metodicheskih trudov I Vserossijskoj nauch-no-prakticheskoj konferencii "Aktual'nye voprosy razvitija vooruzhenija, voennoj i special'noj tehniki protivovozdushnoj i protivoraketnoj oborony, Kosmicheskih vojsk Vozdushno-ko-smicheskih sil" [Proc. of the The collection of scientific and methodological papers I all-Russian scientific-practical conference "Topical issues of development of armaments, military and special equipment and missile defense, the Space forces, aerospace defense forces"]. 2016. Pp. 102-116. (In Russian)
14. MyshKO V. V., Kravtsov A. N., KopKin E. V., Chikurov V. A.
Teoreticheskie osnovy i metody optimizacii analiza tehnich-eskogo sostojanija slozhnyh sistem [Theoretical bases and
methods of optimization of technical analysis of complex systems]. St. Petersburg: Voenno-kosmicheskoi akademii imeni A. F. Mozhaiskogo Publ., 2013. 303 p. (In Russian)
15. Fendrikov N. M., Yakovlev V. I. Metody' raschetov boevoj effektivnosti vooruzheniya [Methods of calculating the combat effectiveness of weapons]. Moscow: Voenizdat, 1971. 224 p. (In Russian)
16. Sherstobitov S. A. Metodika formirovanija trebovanij k sisteme kontrolja funkcionirovanija avtomatizirovannogo rab-ochego mesta po poverke sredstv izmerenij [The technique of formation of system requirements, control operation of the workstation for verification of measuring instruments]. Informatika i sistemy upravlenija [Informatics and control systems]. 2017. No. 1 (51). Pp. 95-99. (In Russian)
17. Mishhenko I.V., MironovE.A., MalahovA.V., Smagin V.A. Sredstva izmerenij davlenija i vakuuma, parametrov potoka, rashoda, urovnja i obema veshhestv i ih poverka: uchebnik [Means of measurement of pressure and vacuum, flow parameters, flow, level and volume of substances and their verification: a tutorial]. St. Peterburg: Voenno-kosmicheskaya akademiya imeni A. F. Mozhaiskogo Publ., 2015. 177 p. (In Russian)
18. O'Connell J. Metrology: The Creation of Universality by the Circulation of Particulars. Social Studies of Science. 1993. Vol. 23. Pp. 129-173.
INFORMATION ABOUT AUTHORS:
Kravtsov A. N., PhD, Docent, Head of the Department of Me-trological Support of Arms, Military and Special equipment
of the Military Space Academy;
Velichko A. J., Head of the Metrological Service of the main test spaceport of the Ministry of Defense of the Russian Federation;
Usikov V. D., Course officer - Teacher, of the Military Space Academy.
^■
For citation: Kravtsov A. N., Velichko A. J., Usikov V. D. The approach to operational quality control of components of liquid rocket fuel during long term storage in tanks at petrol stations. H&ES Research. 2018. Vol. 10. No. 1. Pp. 29-38. doi 10.24411/24095419-2018-10017 (In Russian)
