Важнейшие достижения 2019 года

НЕПРЕРЫВНО-ДЕТОНАЦИОННАЯ ФОРСАЖНАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ

С. М. Фролов, В. С. Иванов, И. О. Шамшин, В. С. Аксенов

В ФИЦ ХФ РАН впервые в мире разработана, изготовлена и испытана детонационная форсажная камера сгорания (ДФКС), работающая на новых физических принципах – на непрерывно-детонационном горении авиационного керосина ТС‑1. Огневые испытания ДФКС в комбинации с малогабаритным одноконтурным турбореактивным двигателем TJ100S-125 (см. рис. 1) проведены на наземном стенде воинской части В/Ч 15650-16, пос. Щелково-10, Московской области. В испытаниях зарегистрированы устойчивые режимы непрерывно-детонационного горения авиационного керосина – околопредельный режим продольно-пульсирующей детонации (ППД) и режим спиновой детонации (СД) с одной детонационной волной. По сравнению с обычной форсажной камерой сгорания при том же уровне внутрикамерного давления удельный расход топлива в ДФКС оказался на 30% ниже, а удельная тяга и коэффициент форсирования тяги – на 30% выше. Показано, что при работе в режиме ППД средний тепловой поток в стенки ДФКС составляет около 0.5 МВт/м², а в режиме СД – 0.86 МВт/м². Эти показатели свидетельствуют о высоких потенциальных возможностях ДФКС применительно к перспективным воздушно-реактивным двигателям.

Рис. 1 Фотография комбинированной силовой установки ТРД – ДФКС в одном из огневых испытаний.

КОНДЕНСАЦИЯ ДНК В  БАКТЕРИЯХ  E.COLI  ПРИ СТРЕССЕ ГОЛОДАНИЯ

Изучение конденсации ДНК важно как для понимания фундаментальных механизмов выживания микроорганизмов, так и для медицины, поскольку упорядоченная конденсация ДНК обеспечивает антибиотикоустойчивость микроорганизмов. При стрессе голодания бактерии задействуют энергонезависимый механизм поддержания упорядоченности и защиты жизненно важных структур (ДНК) –  создание устойчивых молекулярных структур, как в неживой природе. Методами трансмиссионной электронной микроскопии  и дифракции синхротронного излучения изучен структурный  ответ на стресс голодания в бактериях E. coli. В клетках, в дополнение  к описанным  структурным адаптивным ответам на стресс : конденсации ДНК в нанокристаллическую  и жидкокристаллическую  структуры, обнаружена новая, свернутая нуклеосомоподобная структура (Рис.2 и 3)

Рис.2 Свернутая нуклеосомоподобная структура ДНК в клетках E.coli. (A) Томограмма клетки E.coli Разрешение – 500 nm (B) Выделенная часть в (A), разрешение – 50 nm.	Рис.3 Возможное схематическое представление свернутой нуклеосомоподобной структуры. (A)

Результат №1
Раздел V "Химические науки и науки о материалах", подраздел 48«Фундаментальные физико-химические исследования механизмов физиологических процессов и создание на их основе фармакологических веществ и лекарственных форм для лечения и профилактики социально значимых заболеваний» . Работа выполнена в рамках Государственного задания ФИЦ ХФ РАН  48.19 «Изучение принципов структурно-функциональной организации биомолекулярных систем, разработка методов дизайна их физико-химических аналогов и создание на этой основе биологически активных препаратов нового поколения».
ОСВ, Лаборатория 1107,
Руководитель работы: д.ф-м..н., Ю.Ф.Крупянский

• Детали исследований опубликованы в 2019 году в статьях:
• 1) Moiseenko, A. Projection structures reveal the position of the DNA within DNA-Dps Co-crystals [Текст] / Moiseenko, A., Loiko, N., Tereshkina, K., Danilova, Y., Kovalenko, V., Chertkov, O., Feofanov, A.V., Krupyanskii, Y.F., Sokolova, O.S. // Biochemical and Biophysical Research Communications. – 2019. - Т. 517. - № 3. – С. . 463-469. - DOI:10.1016/j.bbrc.2019.07.103 – Квартиль
  2)Tereshkin, E. Interaction of deoxyribonucleic acid with deoxyribonucleic acid-binding protein from starved cells: cluster formation and crystal growing as a model of initial stages of nucleoid biocrystallization [Текст] / Eduard Tereshkin, Ksenia Tereshkina, Natalia Loiko, Alexei Chulichkov, Vladislav Kovalenko & Yurii Krupyanskii  // J Biomol Struct Dyn. – 2019. Т. 37. - № 10. – C. 2600-2607. – DOI: 10.1080/07391102.2018.1492458– Квартиль Q2..
  3) Krupyanskii, Y.Condensation of Nucleoid in Bacteria as a Result of Starvation [Текст] / Krupyanskii Y., Loiko N., Moiseenko A., Tereshkina K., Sokolova O. // International  Journal of Biomedicine. – 2019. – V.9. – S.19. – P. 8.  DOI: 10.21103/IJBM.9.Suppl_1.OR7 Квартиль Q3 (WOS).
• 4).Kovalenko, V. Solving the structure of Dps protein by multiple-crystal macromolecular crystallography methods [Текст] / V. Kovalenko, N. Loiko, E. Tereshkin, K. Tereshkina, A. Chulichkov, A. Popov, Y. Krupyanskii, // FEBS Open Bio. – 2019. – T. 9. № S1. – С. 261- 262. – DOI:1002/2211-5463.12675 Квартиль Q2

Черноголовский Филиал ФИЦ ХФ РАН им. Н.Н.Семёнова

Авторы: Козловский В.И., Сулименков И.В., Филатов В.В., Чудинов А.В., Брусов В.С., Пихтелев А.Р.

Тема ГЗ: ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИОННЫХ И ИОН-МОЛЕКУЛЯРНЫХ ПРОЦЕССОВ И РАЗРАБОТКА МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ХИМИЧЕСКОГО И БИОХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА (№ АААА-А18-118112690060-9)

Раздел 5 «Химические науки и науки о материалах»:

44. Фундаментальные основы химии,

в частности: новые методы физико-химических исследований и анализа веществ и материалов;…создание новых методов исследования строения и свойств органических, элементоорганических и полимерных соединений и структуры … акцент на развитие масс-спектрометрического метода анализа в его современных вариантах, в том числе с использованием десорбции и ионизации при обычных (комнатных) условиях

Исследована импульсная инжекция ионов во время-пролетный масс-спектрометр с ортогональным вводом ионов (Орто-ВПМС). Показано, что такой способ инжекции позволяет повысить разрешение Орто-ВПМС более чем в 2 раза, и поднять интенсивность сигнала в 20 раз за счет накопления ионов. Ионы из электроспрейного ионного источника фокусируются и охлаждаются в транспортном радиочастотном квадруполе. На выходе квадруполя располагается короткая, компактная радиочастотная ловушка, где ионы собираются в небольшое облачко размером 1-2 мм, и затем направляются в ортогональный акселератор Орто-ВПМС. Небольшие геометрические размеры, и маленький разброс ионов в пакете по энергиям позволяют повысить разрешение Орто-ВПМС по сравнению с непрерывным вводом ионов. Разрешение и чувствительность являются важнейшими аналитическими характеристиками масс-спектрометра.

Схема экспериментальной установки изображена на Рисунке 4.

 

Рис. 4. Схема экспериментальной установки для исследования импульсной инжекции ионов в Орто-ВПМС

 

Лаборатория № 0142 – зав. лабораторией М.В.Гришин

Квантовая теория искажения и задержки сигналов глобальных навигационных спутниковых систем

Теоретически предсказано [1] и экспериментально подтверждено радиозатменным методом (FS-3/COSMIC RO, [2]), что искажение и задержка сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (GNSS) происходит главным образом в атмосферном

 

 Рис. 5. Прохождение сигналов GNSS через атмосферу Земли.

слое 60–110 км (рис. 5). Это связано с заселением орбитально вырожденных состояний ридберговских комплексов, состоящих из высоковозбужденных молекул и молекул нейтральной среды. Процесс, приводящий к формированию этих состояний, называется l–перемешиванием, который в низкотемпературной неравновесной плазме протекает за микросекунды. За счет взаимодействия со средой вырожденные состояния ридберговских комплексов расщепляются таким образом, что спектр их излучения в основной области переходов включает несущие частоты L₁ и L₂ сигналов GNSS. На верхней границе слоя 110 км процесс l–перемешивания экспоненциально убывает. На нижней границе 60 км происходит эффективное тушение ридберговских состояний. Таким образом, в слое образуется резонансная по отношению к частотам сигналов GNSS квантовая структура. Впервые в мировой литературе развита квантовая теория, описывающая искажение и временную задержку спутникового сигнала [3]. Задержка происходит в результате резонансного рассеяния фотонов сигнала на ридберговских комплексах (рис.2). Время задержки зависит от текущих параметров плазмы (температуры и концентрации свободных электронов и плотности нейтральной атмосферной среды). Искажение сигнала, включая принимаемое отношение сигнал/шум, происходит за счет интерференции прямого и резонансного механизмов рассеяния и собственного спонтанного излучения комплексов.

Рис.6. Схема резонансного рассеяния сигнала на ридберговских комплексах.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Kuverova V.V., Adamson S.O., Berlin A.A., Bychkov V.L., Dmitriev A.V., Dyakov Y.A., Eppelbaum L.V., Golubkov G.V., Lushnikov A.A., Manzhelii M.I., Morozov A.N., Nabiev S.S., Shapovalov V.L., Suvorova A.V., Golubkov M.G. Chemical physics of D and E layers of the ionosphere // Advances in Space Research. — 2019. — V. 64, № 10. — P. 1876–1886. DOI: 10.1016/j.asr.2019.05.041

2. Su S.Y., Tsai L.C., Liu C.H., Nayak C., Caton R., Groves K. Ionospheric Es layer scintillation characteristics studied with Hilbert-Huang transform // Advances in Space Research. — 2019. — V. 64, № 10. — P. 2137–2144. DOI: 10.1016/j.asr.2019.06.039

3. Golubkov G.V., Eppelbaum L.V., Manzhelii M.I. Delay of GPS signals in D and E atmospheric layers: is the quantum theory applicable? // Proceedings of SPIE. — 2019. — V. 11047. — 1104717. DOI: 10.1117/12.2516758

 

1. Экологически чистое, мощное безматричное инфракрасное (ИК) – горелочное устройство.

Василик Н.Я., Шмелев В.М.

ФИЦ ХФ РАН, отдел ГИВ, лаб. Горения, тема Госзадание  - 44.8 «Фундаментальные исследования процессов превращения энергоемких материалов и разработка научных основ управления этими процессам»,

Публикации:

1. Nikolay Vasilik, Vladimir Shmelev. Stimulated Surface Combustion in Infrared Burners. Proc. of the Eighth Intl. Conf. On Advances in Civil, Structural and Environmental Engineering - ACSEE 2019. 16-20. DOI : 10.15224/978-1-63248-166-5-03
2. Шмелев В.М. Горение перемешенной смеси в щелевой матрице. Хим. Физика, 2019, (в печати).
3. Н. Я. Василик, В. М. Шмелев. Безматричное ИК - горелочное устройство с рекуперативными элементами, Горение и взрыв, 2019, (в печати).

 

Экологически чистое, мощное безматричное инфракрасное (ИК) – горелочное устройство

Василик Н.Я., Шмелев В.М.

 

 

Достоинства устройства – рекордная удельная мощность для ИК – горелочных устройств, низкий уровень вредных примесей в продуктах сгорания, высокий радиационный КПД. Горение происходит в объеме каркаса из раскаленных металлических пластин, являющимися рекуператорами тепла для входящей смеси. Температура поверхности рекуперативных элементов с покрытием из оксида алюминия ~ 1500°С, радиационный КПД устройства до ~ 40 %. Устойчивый режим горения реализован для метано – воздушной смеси при удельной мощности горения до 5.2 МВт на 1м² выходного сечения горелочного устройства. Концентрация окислов азота в продуктах сгорания до 14 ppm, концентрация монооксида углерода до 20 ppm при коэффициенте избытка воздуха ~ 1.4.  Возможна работа как на сверхбедных, так и на богатых смесях. Горелочное устройство может  найти применение в промышленных процессах с нагревом и сушкой, в бойлерах, в конверторах по производству синтез газа и водорода, в камерах сгорания ГТУ.

 

Экспонат награжден серебряной медалью на 25 Международной промышленной выставке Металл Экспо, 12 -15 ноября 2019 г. , Москва, ВДНХ.