СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ВОЗДУШНОЙ УДАРНОЙ ВОЛНЫ Российский патент 2016 года по МПК F42D99/00 G01N3/313 

Предлагаемое изобретение относится к области прикладной газовой динамики, а именно к способам генерирования воздушной ударной волны (ВУВ) путем подрыва газовой смеси в ударной трубе, и используется для испытаний конструкций и объектов в ударных трубах на механическое действие импульса давления.

Известны способ и устройство (патент №2502948), где обеспечивается возможность испытания конструкций в ударных трубах на действие ВУВ большой длительности, при увеличении эффективности формирования мелкодисперсных аэрозольных областей. Недостатком является сложность формирования мелкодисперсных аэрозольных областей и использование тротилового боевика для инициирования в них детонации.

Известно устройство (заявка №2002110778/28, 22.04.2002) для нагружения объектов воздушной ударной волной, используемое для испытаний в виде ударной трубы с закрепленным на торце экраном, содержащим заслонки для гашения волновых процессов после воздействия первой ВУВ на объект испытания. Недостатком способа, реализуемого устройством, является использование взрывчатых веществ для формирования ВУВ.

Известны способ и устройство (патент №2107889), где необходимое давление в детонационной волне достигается установлением соответствующего ему начального давления газовой смеси стехиометрического состава. Недостатками являются: аналог предназначен для выполнения взрывных работ, используется прочная конструкция, необходимая для создания отличного от атмосферного давления газовой смеси, и связанные с созданием давления организационные и технические трудности.

В качестве прототипа выбран способ и устройство для проведения взрывных работ, включающий подачу в эластичную оболочку горючего газа (пропана, бутана, метана или их смеси) и окислителя - кислорода или воздуха для создания газовоздушной смеси стехиометрического состава, взрыв которой инициируют тротиловой шашкой (заявка №2003135275/03, 04.12.2003). Недостатками являются: прототип предназначен для выполнения взрывных работ, диапазон воспроизводимых параметров ВУВ ограничен размерами мягкой герметизирующей оболочки, дорогостоящая организация работ и токсичность образующихся веществ, связанные с использованием конденсированного взрывчатого вещества - тротила.

Задачей предлагаемого способа является обеспечение возможности испытаний объектов и конструкций в ударных трубах на действие генерируемой ВУВ с расширенным диапазоном параметров, при снижении токсичности и удешевлении при его применения.

Технический результат предлагаемого решения достигается тем, что в известном способе генерирование ВУВ осуществляют на основе детонации взрывчатой газовоздушной смеси стехиометрического состава, инициируемой конденсированным взрывчатым веществом, а особенностью предлагаемого способа является то, что за счет использования в качестве горючего газа углеводорода с тройной углеродной связью, который имеет широкие концентрационные пределы воспламенения, - ацетилена, придавая заданный характер факторам, влияющим на взрывное превращение, созданием необходимой концентрации газовоздушной смеси, мощности источника инициирования - генератора детонационной волны, а также объему эластичной оболочки, и, размещая эластичную оболочку в ударной трубе, достигают расширение диапазона параметров ВУВ.

Взрывное разложение ацетилена и взрывное разложение его газовоздушной смеси, формирование детонации в эластичной оболочке с помощью генератора детонационной волны, заполненного газовоздушной смесью ацетилена сбалансированного состава, инициируемой высоковольтным разрядом, сопровождается образованием нетоксичных веществ.

Удешевление при применении предлагаемого решения обеспечивается тем, что детонационная волна в мягкой оболочке, заполненной дешевым ацетиленом или его смесью с воздухом, инициируется без использования дорогих конденсированных взрывчатых веществ, в частности тротила.

Для реализации предлагаемого решения использовалась ударная труба с внутренним диаметром 800 мм. Расположение конструктивных элементов в статическом состоянии для осуществления данного решения представлено на фиг. 1, где в эластичную оболочку (1), помещенную в зарядной секции ударной трубы (2), подают ацетилен и воздух, создавая необходимое количество и концентрацию взрывчатой газовой смеси по заданным параметрам воздушной ударной волны. Генератор детонационной волны (3) заполняют газовой смесью ацетилена и воздуха сбалансированного состава. Закрывают вентили (4). Срабатывание высоковольтного искрового разрядника (автомобильной свечи) (5) инициирует детонационную волну в генераторе детонационной волны (3), в результате разрушается мембрана (6) и детонационная волна попадает в мягкую оболочку (1), расположенную в зарядной секции ударной трубы (2), где происходят взрывные превращения, в результате которых в ударной трубе формируется плоская ударная волна, регистрируемая датчиками давления Д1 и Д2 (7) в местах установки испытываемых конструкций или объектов.

Реализация предлагаемого решения представлена эпюрами избыточного давления и удельного импульса на фиг. 2 и 3 в фиксированных точках ударной трубы, расстояния до которых равны нескольким диаметрам ударной трубы от подрыва в мягкой оболочке объемом 80 литров. Приведены примеры для взрывчатой газовой смеси ацетилена и воздуха с концентрацией 13% и 17%.

Как видно из представленных данных, увеличение концентрации ацетилена позволяет увеличивать параметры ВУВ. В данном варианте увеличиваются параметры во фронте ударной волны, длительность фазы сжатия и, соответственно, удельный импульс фазы сжатия примерно на 30-50% (в зависимости от расстояния до датчика давления).

Таким образом, меняя концентрацию ацетилена, объем мягкой оболочки, расстояние до места установки испытываемых конструкций или объектов, предлагаемое решение позволяет генерировать в ударной трубе ВУВ с заданными параметрами, при расширении диапазона этих параметров, а также уменьшении токсичности и удешевлении при его применении.

Изобретение относится к области прикладной газовой динамики, а именно к способам генерирования воздушной ударной волны (ВУВ) путем создания газовой смеси в эластичной оболочке, расположенной в ударной трубе, и подрыва, и может быть применено для испытаний конструкций и объектов на механическое действие импульса давления. Способ включает подачу в эластичную оболочку горючего газа и газа-окислителя, с образованием взрывчатой газовой смеси стехиометрического состава, инициирование взрыва газовой смеси. В качестве горючего газа используют ацетилен, при этом создают необходимое количество и концентрацию взрывчатой газовой смеси по заданным параметрам ударной волны. Инициирование взрыва осуществляют генератором детонационной волны, заполненным газовой смесью ацетилена и газа-окислителя сбалансированного состава. Газовые смеси в герметизирующей оболочке и генераторе детонационной волны разделяют мембраной. Взрыв газовой смеси в генераторе детонационной волны инициируют высоковольтным искровым разрядом. Герметизирующую оболочку помещают в зарядной секции ударной трубы. Технический результат способа - обеспечение возможности испытаний объектов и конструкций в ударных трубах на действие генерируемой ВУВ с расширенным диапазоном параметров, при снижении токсичности и удешевлении при его применении. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ генерирования воздушной ударной волны, включающий подачу в эластичную оболочку горючего газа и газа-окислителя, с образованием взрывчатой газовой смеси стехиометрического состава, инициирование взрыва газовой смеси, отличающийся тем, что в качестве горючего газа используют ацетилен, при этом создают необходимое количество и концентрацию взрывчатой газовой смеси по заданным параметрам ударной волны, осуществляют инициирование взрыва генератором детонационной волны, заполненным газовой смесью ацетилена и газа-окислителя сбалансированного состава, разделяют мембраной газовые смеси в герметизирующей оболочке и генераторе детонационной волны.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что взрыв газовой смеси в генераторе детонационной волны инициируют высоковольтным искровым разрядом.

3. Способ по пп. 1, 2, отличающийся тем, что герметизирующую оболочку помещают в зарядной секции ударной трубы.