ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА Российский патент 2005 года по МПК F21K5/00 

Область техники

Предлагаемое устройство относится к источникам света на основе пиротехнических составов и может применяться для организации подсветки динамических объектов, регистрируемых методами высокоскоростной фотосъемки.

Уровень техники

Известно устройство - взрывной термохимический источник света (Балеевский А.Г., Герасимов С.И., Лень А. В., Холин С.А., полезная модель №22700, бюллетень №11, 2002 г, [1]) (выбрано за аналог), состоящее из пиротехнического состава (мелкодисперсный алюминий), заключенного в оболочку, контактирующую с зарядом бризантного (вторичного) взрывчатого вещества, снабженного устройством инициирования. Аналог предлагаемого изобретения работает следующим образом: устройство инициирования воздействует на заряд взрывчатого вещества, который претерпевает детонационное превращение, передавая при ударно-волновом нагружении выделившуюся энергию пиротехническому составу и одновременно разрушая оболочку, разгоняя частицы пиротехнического состава и возбуждая в них реакции горения. Движущиеся горящие частицы формируют излучающую область.

К недостатку данного устройства можно отнести малую силу света, реализуемую устройством, что обусловлено относительно низкой температурой горения алюминия в воздухе (T<3.2 кК), а также малой площадью излучающей поверхности - частицы пиротехнического состава начинают гореть в начальных габаритах устройства - на начальном этапе его функционирования.

Увеличения температурного эффекта реакции горения пиротехнического состава можно добиться, применяя в качестве среды, в которую метаются частицы последнего, газообразный кислород. Подобный подход применялся для создания взрывного источника света (Нечаев А.И., Свирский О.В., Котов В.А., патент РФ №2171553, Бюллетень №21, 27.07.01, [2]). Устройство (выбрано за прототип) представляет собой заряд взрывчатого вещества (драйвер) с узлом инициирования, обеспечивающий ударно-волновое нагружение (метание) следующего за ним пиротехнического состава, заключенного в оболочку, к которой пристыкован тонкостенный резервуар с газообразным кислородом (газом, способным влиять на состояние пиротехнического состава при нагружении). При срабатывании узла инициирования происходит возбуждение реакции детонации в заряде взрывчатого вещества, разрушение оболочки и тонкостенного резервуара, воспламенение и разбрасывание частиц пиротехнического состава в кислородной среде с формированием светящейся области.

Однако в конструкции подобного устройства не в полной мере устранен недостаток, отмеченный выше. А именно, изменение условий горения частиц пиротехнического состава путем помещения их в кислородную среду приводит лишь к незначительному росту температуры реакции (Т не превышает 3.9 кК), а площадь излучающей поверхности может даже уменьшиться ввиду более интенсивного режима окисления частиц. Как следствие - значительного прироста силы света импульса, генерируемого устройством, достигнуть не удается.

Задача, решаемая заявляемым устройством - организация качественной подсветки для высокоскоростной фоторегистрации как в отраженном свете, так и на фоне рассеивающего экрана является основным условием получения информации о регистрируемом процессе фотографическим способом. Это делает актуальной задачу разработки источников света, позволяющих производить такую фоторегистрацию.

Технический результат

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в задержке воспламенения частиц метаемого пиротехнического состава с целью создания условий для их разлета на большее расстояние от первоначальных габаритов устройства с тем, чтобы увеличить площадь излучающей поверхности (как следствие - увеличить силу света реализуемого импульса).

Сущность изобретения

Данный технический результат достижим за счет того, что в отличие от известного импульсного источника света, содержащего драйвер с узлом инициирования, обеспечивающий ударно-волновое нагружение следующего за драйвером пиротехнического состава в оболочке, и газ, способный влиять на состояние пиротехнического состава при нагружении, в предлагаемом устройстве для задержки реакции горения частиц пиротехнического состава, с тем чтобы сделать возможным разлет частиц на большее расстояние и соответственно увеличить габариты излучающей области, газом, способным влиять на состояние пиротехнического состава при нагружении, служит инертный газ, заполняющий оболочку с пиротехническим составом.

Выбор инертного газа (например, ксенона) в качестве газа, способного влиять на состояние пиротехнического состава при нагружении, обусловлен выбором пути достижения технического результата посредством снижения концентрации кислорода в зоне реакции на начальном этапе разгона частиц состава. В силу этого представляется важным совмещение пиротехнического состава с инертным газом в одном объеме (в отличие от прототипа, где газ, способный влиять на состояние пиротехнического состава при нагружении, помещен в отдельном резервуаре), так как именно в этом объеме происходит наиболее интенсивное нагружение пиротехнического состава драйвером и создаются наиболее приемлемые условия для начала реакции горения, - для достижения технического результата необходимо избежать создания таких условий.

Проведенные исследования показали также, что в зависимости от условий проведения высокоскоростной фоторегистрации можно использовать различные варианты нагружения пиротехнического состава. Вариант, когда драйвер расположен относительно оболочки с пиротехническим составом с возможностью нагружения последнего плоской ударной волной (фиг.1), применяется, когда необходимо создать длительный (до 100 мс) световой импульс с относительно невысоким значением пиковой облученности (до 1 С. е. на удалении 16 м). Вариант, когда драйвер окружен оболочкой с пиротехническим составом с возможностью нагружения последнего цилиндрической ударной волной (фиг.2), выгодно использовать, когда требуется реализовать короткий (не более 10 мс) световой импульс с значительной пиковой облученностью (свыше 2 С. е. на удалении 16 м).

Выбор в качестве драйвера заряда взрывчатого вещества позволяет получить устройство, с одной стороны, обладающее высокими энергетическими характеристиками, способное воспламенить и осуществить метание частиц пиротехнического состава, а с другой стороны, данное устройство оказывается простым и надежным в работе и может применяться согласно известным условиям эксплуатации изделий, содержащих ВВ.

Согласно проведенным исследованиям, выполнение заряда взрывчатого вещества в форме цилиндра, осесимметрично охватываемого по поверхности, свободной от инициирующего узла, пиротехническим составом в оболочке, при отношении диаметра заряда ВВ d_ВВ к наружному диаметру пиротехнического состава d_ПС в пределах d_ВВ/d_ПС=0.5-0.25 позволяет реализовать оптимальные характеристики светового импульса по соотношению: сила света импульса/масса взрывчатого вещества драйвера.

Перечень фигур и графических изображений

На фигуре 1 схематично изображено заявляемое устройство с нагруженном пиротехнического состава плоской ударной волной. На фигуре 2 схематично изображено заявляемое устройство с нагруженном пиротехнического состава цилиндрической ударной волной.

Сведения, подтверждающие возможность достижения технического результата Устройство включает:

- пиротехнический состав 1 (например, мелкодисперсный алюминий), заключенный в герметичную оболочку 2 (полиэтилен),

- с оболочкой 2 контактирует драйвер-заряд взрывчатого вещества 3 (октоген флегматизированный) с устройством инициирования 4 (электродетонатор),

- оболочка 2 с пиротехническим составом 2 заполнена инертным газом (ксенон) 5, в качестве газа, способного влиять на состояние состава при нагружении.

Устройство работает следующим образом:

Устройство инициирования 4 при срабатывании инициирует заряд взрывчатого вещества 3, заряд 3 претерпевает детонационное превращение, передавая выделившуюся энергию пиротехническому составу 1 при нагружении его плоской (фиг.1) или цилиндрической (фиг.2) ударной волной и одновременно разрушая оболочку 2, разгоняет частицы пиротехнического состава. Возбуждение реакции горения в частицах пиротехнического состава задерживается благодаря начальной атмосфере инертного газа 5, в которой они находятся (оболочка заполнена инертным газом). Задержка воспламенения позволяет частицам разлететься на большее расстояние и сформировать излучающую область большей площади, что повышает реализуемую силу света (в конкретном исполнении интегральная сила света по сравнению с аналогичным устройством, в котором пиротехнический состав изначально находится в воздушной среде, возрастает на ≈15%). Подобное улучшение характеристик источника света удовлетворяет обозначенной выше задаче.

Изобретение относится к области источников света на основе пиротехнических составов. Устройство содержит устройство инициирования, заряд взрывчатого вещества, пиротехнический состав, оболочку. В устройстве для задержки реакции горения пиротехнического состава инертным газом заполняют оболочку пиротехнического состава. Техническим результатом изобретения является возможность разлета частиц на большее расстояние и увеличение габаритов излучающей области. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Импульсный источник света, содержащий драйвер с узлом инициирования, обеспечивающий ударно-волновое нагружение следующего за драйвером пиротехнического состава в оболочке, и газ, способный влиять на состояние пиротехнического состава при нагружении, отличающийся тем, что в качестве газа, способного влиять на состояние пиротехнического состава при нагружении, служит инертный газ, заполняющий оболочку с пиротехническим составом.2. Импульсный источник света по п.1, отличающийся тем, что драйвер расположен относительно оболочки с пиротехническим составом с возможностью нагружения последнего ударной волной.3. Импульсный источник света по п.1, отличающийся тем, что драйвер окружен оболочкой с пиротехническим составом с возможностью нагружения последнего цилиндрической ударной волной.4. Импульсный источник света по п.1, отличающийся тем, что в качестве драйвера выбран заряд взрывчатого вещества.5. Импульсный источник света по п.1, отличающийся тем, что заряд взрывчатого вещества выполнен в форме цилиндра, осесимметрично охватываемого по поверхности, свободной от инициирующего узла, пиротехническим составом в оболочке, при этом соотношение диаметра заряда взрывчатого вещества d_BB к наружному диаметру пиротехнического состава d_ПС лежит в пределах d_ВВ/d_ПС=0,5-0,25.