СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ВОЗДУШНОЙ УДАРНОЙ ВОЛНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК F42D99/00 G01N3/00 

Группа предполагаемых изобретений относится к области прикладной газовой динамики, а именно, к способам и устройствам для генерирования воздушной ударной волны (ВУВ) путем распыления топливовоздушных смесей (ТВС) в ударной трубе и подрыва получаемых мелкодисперсных аэрозольных областей и используется для испытаний конструкций в ударных трубах на механическое действие импульса давления.

Известен способ формирования аэрозольного облака ТВС на открытой местности, в котором жидкое топливо сжимают в цилиндрической камере, направляют по каналу подачи топлива и выталкивают через полусферическую распылительную головку [1]. Недостатком способа является то, что аэрозольное облако имеет полусферическую форму, при этом не удается сформировать мелкодисперсную аэрозольную область требуемых размеров и заданной формы, для использования в ударных трубах при испытаниях конструкций в условиях нагружения объектов плоской ударной волной.

Для реализации этого способа известно устройство, состоящее из цилиндрической камеры с поршнем, между поршнем и полусферической распылительной головкой находится выталкиваемое жидкое топливо и газогенератор для создания давления в камере [1]. Недостатком указанного устройства является сложность его реализации вследствие наличия движущихся и обладающих большой инерцией выталкивающих элементов, низкая эффективность использования ТВС.

Известен способ формирования аэрозольного облака ТВС, включающий сжатие жидкого топлива и выталкивание его через верхнюю крышку вертикального цилиндра с профилированными круглыми соплами [2]. Недостатком данного способа является то, что аэрозольное облако ТВС имеет полусферическую форму и не позволяет получить однородную мелкодисперсную аэрозольную область требуемой формы при реализации способа в зарядной секции ударных труб.

Известно устройство для получения полусферического облака ТВС, представляющее собой вертикальный цилиндр с двойными стенками, верхняя крышка которого выполнена в виде полусферического распылителя с профилированными круглыми соплами [2]. Недостатком этого устройства является сложность конструкции (количество сопел изменяется от 600 до 1200 шт.).

Известен способ генерирования ВУВ на основе детонации ТВС, при котором создают мелкодисперсную аэрозольную область в форме вертикального полуцилиндра путем выталкивания жидкого топлива пороховым зарядом через канал подачи топлива и распылитель, снабженный полукольцами с секторными щелями, расположенными равномерно друг от друга, и инициируют его детонацию подрывом заряда тротилового боевика [3]. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании этого способа, относят то, что данный способ служит для создания аэрозольного облака ТВС в форме вертикального полуцилиндра, которое близко по своей форме к полусфере, что не позволяет формировать аэрозольную область с равномерной стехиометрической концентрацией требуемой формы - горизонтальный цилиндр.

Известно также устройство, описание которого приведено в статье Когарко С.М. и др. "Детонация больших объемов гетерогенных бензино-воздушных смесей" (сборник "К вопросу о создании объемно-детонирующих систем", Черноголовка, 1977 г, с.90-96) [3]. Это устройство содержит герметичную камеру с жидким топливом и пороховым зарядом, канал подачи топлива, распылитель в виде канала, снабженного полукольцами с секторными щелями, расположенными равномерно друг от друга и схему инициирования взрыва. Инициирование детонации облака осуществляют боевиком, выполненным в виде сосредоточенного заряда, массу которого выбирают из условия обеспечения полной детонации облака ТВС. Недостатком данного устройства является ограниченность диапазона создаваемых параметров ВУВ, при этом формирование однородной мелкодисперсной аэрозольной области цилиндрической формы невозможно.

Известен способ (Патент №2252393 от 20.05.2005) для проведения взрывных работ, включающий подачу в герметизирующую оболочку в виде полиэтиленового пленочного изделия, размещенную в ограниченном объеме пространства, горючего газа и газоокислителя, контролем состава и инициированием образовавшейся смеси зарядом взрывчатого вещества. Причиной, препятствующей достижению указанного ниже технического результата при использовании этого способа, относится инициирование детонации в одной, а не в нескольких, наполненных взрывчатой газовоздушной смесью герметизирующих оболочках, что не позволяет образовать суперпозицию нескольких волн, тем самым увеличить длительность ВУВ.

Известно также устройство (Патент №2252393 от 20.05.2005) для проведения взрывных работ, включающее в себя герметизирующую оболочку для взрывчатой газовоздушной смеси, газовое оборудование для подачи и контроля горючего газа и газоокислителя в герметизирующую оболочку, инициирующего заряда взрывчатого вещества. Недостатком устройства является опасность его использования из-за одновременного присутствия в ограниченном объеме пространства взрывчатой газовоздушной смеси, инициирующих и взрывчатых веществ, сложность использования газового оборудования и герметизирующей оболочки.

Известен способ и устройство для генерирования ВУВ на основе детонации ТВС и устройстве для его осуществления (Патент №2207497 от 27.06.2003 года) являющиеся наиболее близкими к предлагаемому изобретению техническими решениями, т.е. прототипом. Способ заключающийся в создании мелкодисперсного аэрозольного облака в зарядной секции ударной трубы в форме горизонтального цилиндра с помощью выталкивания жидкого топлива пороховым зарядом и инициирования детонации путем подрыва заряда тротилового боевика Недостатком данного изобретения является невозможность испытаний конструкций в ударных трубах на действие ВУВ большой длительности при эффективном формировании мелкодисперсной аэрозольной области.

Задачей данной группы изобретений является обеспечение возможности испытаний конструкций в ударных трубах на действие ВУВ большой длительности при увеличении эффективности формирования мелкодисперсных аэрозольных областей.

Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по способу достигается тем, что в известном способе генерирования ВУВ на основе детонации ТВС создают мелкодисперсное аэрозольное облако путем выталкивания жидкого топлива пороховым зарядом через канал подачи топлива и распылители, расположенные по оси канала ударной трубы, инициируют его детонацию путем подрыва заряда тротилового боевика, а особенностью предлагаемого способа является то, что формируют мелкодисперсные аэрозольные области в нескольких мягких устойчивых оболочках, соосно расположенных в зарядной секции ударной трубы, а для генерирования ВУВ детонацию инициируют путем последовательного подрыва зарядов тротилового боевика в мягких статически устойчивых оболочках.

Реализация предлагаемого способа представлена изменением давления за фронтом ВУВ в фиксированной точке от устройств на расстоянии, равном нескольким (порядка восьми) внутренним диаметрам ударной трубы на фиг.1, где на первых трех графиках изображены изменения давления за фронтом ВУВ с временем фазы сжатия равным 1,3, 1,8, и 2-м условным единицам соответственно, созданные последовательной детонацией нескольких (к примеру 3-х) мелкодисперсных аэрозольных областей в мягких устойчивых цилиндрических оболочках из полиэтиленовой пленки. На четвертом графике изображено изменение давления за фронтом ВУВ большой длительности с временем фазы сжатия, равным 4-м условным единицам, образованным суперпозицией трех предыдущих волн. Устройство для осуществления способа представлено на фиг.2. На главном виде показано расположение конструктивных элементов нескольких (к примеру, 3-х) устройств, для генерации ВУВ в зарядной секции ударной трубы 1, состоящих из герметичных камер с жидким топливом 2 и пороховыми зарядами 3, каналами подачи топлива 4, дополнительными камерами 5, распылителями 6, зарядами тротиловых боевиков 7, мягких устойчивых оболочек 8 с созданными в них мелкодисперсными аэрозольными областями 9. Кроме того, на выносном элементе I изображен жиклер 10 с возможностью его регулировки коническим винтом 11, расположенным внутри распылителя.

Эффективность создания мелкодисперсных аэрозольных областей достигается многостадийностью его формирования, введением дополнительной камеры, мягкой устойчивой цилиндрической оболочки, жиклеров с возможностью регулировки. На первой стадии жидкое топливо из герметичной камеры под давлением, создаваемым пороховым зарядом, по каналам подачи топлива попадает в дополнительную камеру. На второй стадии в дополнительной камере происходит образование ТВС и повышение ее температуры за счет пороховых газов. На третьей стадии топливовоздушная смесь из дополнительной камеры под давлением пороховых газов попадает в распылители. На четвертой стадии с помощью распылителей происходит распыление вверх в мягкие устойчивые горизонтальные оболочки цилиндрической формы топливовоздушной смеси, создающей мелкодисперсные аэрозольные области, для этого на распылителях выполнены равноудаленные ориентированные вверх жиклеры с возможностью их регулировки коническими винтами.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку группа образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов группы - устройство для генерирования ВУВ на основе детонации мелкодисперсной аэрозольной области предназначено для осуществления другого заявленного объекта группы - способа генерирования ВУВ на основе детонации мелкодисперсной аэрозольной области, при этом оба объекта группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением технического результата.

Введение в предлагаемое устройство дополнительной камеры позволяет, в отличие от прототипа, распылять образующуюся в дополнительной камере ТВС, в результате создаются более однородные мелкодисперсные аэрозольные области в мягких устойчивых оболочках, которые формируют границы области. Дополнительная камера, в отличие от прототипа, сглаживает процесс выхода из распылителей ТВС, находящейся под давлением, это обеспечивает формирование равномерных мелкодисперсных по всей длине распылителей в то время как в прототипе мелкодисперсное аэрозольное облако концентрируется на концах распылителей.

Наличие в конструкциях распылителей жиклеров с регулировочным винтом, позволяет эффективно создавать мелкодисперсные аэрозоли в заданных устойчивыми мягкими оболочками областях.

В заявленном способе генерирования ВУВ изменение давления за фронтом ударной волны в фиксированной точке образуется суперпозицией нескольких ВУВ, это в отличие от прототипа, приводит к увеличению длительности ВУВ.

Таким образом предлагаемые способ и устройство для испытания конструкций в ударных трубах обеспечивают возможность испытания конструкций на действие ВУВ большой длительности при увеличении эффективности формирования мелкодисперсной аэрозольной области. Последнее достигается последовательным подрывом зарядов тротилового боевика в мягких статически устойчивых оболочках.

Источники информации

1. Р.Т. Седжвик, Х.Б. Крат, «Исследование возможности создания стационарного имитатора ударной волны на основе топливовоздушной взрывчатой CMecH», DNAOO 1-77-0251, 1977 г.

2. В.Б. Бенедик, «Обзор широкомасштабных испытаний объемно-детонирующих смесей и методика проведения исследований», К 83-087-82, contr., 811124-3, 1983 г.

3. С.М. Когарко и др. «Детонация больших объемов гетерогенных бензино-воздушных смесей», в сборнике "К вопросу о создании объемно-детонирующих систем", Черноголовка, 1977 г.

Изобретение относится к области генерирования воздушной ударной волны в ударных трубах и может быть использовано для испытаний конструкций в ударных трубах на действие воздушной ударной волны. С помощью топливовоздушной смеси, находящейся под давлением, формируют мелкодисперсные аэрозольные области в нескольких соосно расположенных мягких устойчивых оболочках в виде цилиндра. Для генерирования воздушной ударной волны детонацию инициируют путем последовательного подрыва заряда тротилового боевика в статически устойчивых мягких оболочках. Реализующее способ устройство содержит герметичную камеру с жидким топливом и пороховым зарядом, каналы подачи топлива, дополнительную камеру, распылители с жиклерами и возможностью их регулировки заостренным винтом, расположенным внутри распылителя, заряд тротилового боевика, статически устойчивые мягкие оболочки для создания в них мелкодисперсных аэрозольных областей. Технический результат - обеспечение возможности испытаний конструкций в ударных трубах на действие воздушной ударной волны большой длительности при увеличении эффективности формирования мелкодисперсной аэрозольной области. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ генерирования воздушной ударной волны путем детонации топливовоздушной смеси, заключающийся в создании мелкодисперсного аэрозольного облака в зарядной секции ударной трубы с помощью выталкивания жидкого топлива пороховым зарядом и инициирования детонации путем подрыва заряда тротилового боевика, отличающийся тем, что мелкодисперсное аэрозольное облако трансформируют в мелкодисперсную аэрозольную область с помощью топливовоздушной смеси, находящейся под давлением, в нескольких мягких устойчивых оболочках, соосно расположенных в зарядной секции ударной трубы, а для генерирования воздушной ударной волны детонацию инициируют путем подрыва заряда тротилового боевика в мягких устойчивых оболочках.

2. Способ генерирования воздушной ударной волны по п.1, отличающийся тем, что инициируют детонацию путем подрыва заряда тротилового боевика в мягких устойчивых оболочках последовательно в каждой мягкой оболочке.

3. Устройство для генерирования воздушной ударной волны на основе детонации топливовоздушной смеси, содержащее герметичную камеру с жидким топливом и пороховым зарядом, каналы подачи топлива, заряд тротилового боевика, размещенное в канале ударной трубы, по оси которой расположен распылитель, отличающееся тем, что в него введены дополнительная камера в качестве источника топливовоздушной смеси, при этом каналы подачи топлива и распылители соединены с дополнительной камерой, равноудаленные, направленные вверх, расположенные в распылителе жиклеры, мягкие устойчивые оболочки в форме цилиндра, в которых размещают распылители.

4. Устройство для генерирования воздушной ударной волны по п.3, отличающееся тем, что вдоль оси каналов распылителей выполнены жиклеры с возможностью регулировки их сечения при помощи соосного с жиклером конического винта, расположенного в полости распылителя.