УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПЕРЕОХЛАЖДЕННЫЕ ОБЛАКА Российский патент 2023 года по МПК A01G15/00 

Изобретение относится к пиротехническим генераторам (устройствам) для воздействия на переохлажденные облака. Известные устройства для воздействия на переохлажденные облака представляют собой пиротехнические генераторы (патроны воздействия), отстреливаемые с помощью систем отстрела, расположенных на консолях под крыльями или на корпусе самолета. Данная технология применяется во время проведения противоградовых работ, а также работ по регулированию количества осадков (в сторону как увеличения, так и уменьшения). Наиболее часто схема проведения воздействия предполагает пролет самолета над верхней границей облака, так чтобы пиротехнический генератор в своем падении проследовал через целевую для воздействия зону облака и произвел ее засев льдообразующим аэрозолем. Вследствие проведенного засева реализуется процесс создания фазовой неустойчивости в целевой зоне облака (одновременно в среде с отрицательно температурой возникают переохлажденные облачные капли и ледяные кристаллы), следствием чего имеет место распад облака, изменение режима образования града или осадков.

Существующие пиротехнические составы, используемые для снаряжения генераторов такого типа, содержат значительное количество льдообразующих реагентов (как правило AgI, Ag₃CuI₄, PbI₂), а также веществ льдообразующей композиции, непосредственно не имеющих льдообразующих свойств, но способствующих переводу активных льдообразующих реагентов в аэрозольное состояние без разложения (LiI, NaI, KI, NH₄I). При этом как первые, так и вторые соединения могут содержаться в пиросоставе в значительных количествах (суммарно до 50%, хотя известны рецептуры и с большим содержанием) и, не участвуя непосредственно в процессе горения ни в качестве окислителя, ни в качестве горючего, значительно понижают как энергетические характеристики состава, так и скорость его горения. Дополнительно к этому процессу, негативно сказывающемуся на энерговыделении и на скорости горения рецептуры, большая часть льдообразующей композиции при горении переходит в газовую фазу с увеличением количества газообразных веществ, образующихся при горении.

Большое количество газовой фазы в сочетании с низким энергетическим эффектом пиротехнической композиции приводит к резкому изменению термодинамических процессов горения, особенно при работе генератора в условиях пониженного давления. В частности, экспериментально доказано [1] замедление скорости горения черных пороховых смесей на 20% при давлении 560 мм рт. ст. (что соответствует высоте примерно 2700 м), при давлении 450 мм рт. ст. (высота 4400 м) зафиксирован первый отказ в воспламенении черного пороха, а при давлении 350 мм рт. ст. (высота 6500 м) вероятность затухания дистанционной трубки, снаряженной одной из рецептур черного пороха, приближается к 100%. В основном данные эффекты связаны с реализацией двух факторов:

- имеет место расширение объема зон, составляющих структуру факела пламени, снижение объемной плотности энерговыделения и потока тепла, направляемого вглубь пиротехнического состава;

- в связи с большей степенью адиабатического расширения газа в условиях разрежения большее количество энергии, выделяющейся при горении пиросостава, затрачивается на этот процесс.

В результате уменьшается количество тепла, выделяющегося при горении пиротехнического состава и идущего на прогрев следующих слоев пиротехнического состава, что обеспечивает непрерывность горения рецептуры. Как следствие, уменьшаются температура и скорость горения рецептуры вплоть до полного затухания состава [2].

Для составов, используемых в практике активных воздействий, по сравнению с рецептурами черных порохов характерно образование большего количества газовой фазы в сочетании с меньшим энерговыделением, в связи с чем возможно предполагать большую зависимость процессов горения генераторов, снаряженных рецептурами этого типа, от давления. По данным экспериментов в термобарокамерах, проведенных в ФГБУ «НПО «Тайфун», в зависимости от конкретной конструкции генератора значительное уменьшение скорости горения наблюдается на высотах от 2-3 км над уровнем моря, а на высотах более 4 км имеет место значительная вероятность затухания генератора. В зависимости от конкретной конструкции генератора (прежде всего от диаметра пиротехнического заряда и степени диафрагмирования горящей поверхности) предельными высотами применения генераторов льдообразующего аэрозоля следует считать диапазон от 5 до 8 км.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому можно отнести генератор, снаряженный составом RU 2551343 - составом с суммарным количеством льдообразующей композиции 30% (15% Ag₃CuI₄ и 15% NH₄I) и высокой льдообразующей эффективностью, доходящей до 3Е+13 активных частиц с грамма состава при минус 10°С при пороговом значении льдообразующей активности минус 3°С. Однако, вследствие перечисленных ранее причин, для данного состава имеет место замедление скорости горения уже при применении генератора на высотах более 2 км, а при диаметре пиротехнического элемента 17 мм (соответствует противоградовым 21 мм патронам воздействия) на высоте более 6 км имеет место значительный процент отказов в воспламенении генератора.

Сущность предлагаемого изобретения заключается во введении в состав типа RU 2551343 [3] элемента пиросопровождения, представляющего собой стержень, спрессованный из безгазового пиротехнического состава с высокой температурой горения (фиг. 1). Вследствие отсутствия газовыделения в процессе горения, свойства элемента пиросопровождения не зависят от внешнего давления, а значительный энергетический эффект процесса горения приводит к практической независимости скорости горения от первоначальной температуры генератора. В результате реализации процесса пиросопровождения скорость горения основного льдообразующего состава приближается к постоянной и не зависящей от внешнего давления среды. Одновременно полностью исключается затухание пиротехнического генератора на любых высотах применения.

Диапазон рецептур состава пиросопровождения, весовые части:

Оксид железа III Fe₂O₃ от 50 до 80 В (бор аморфный) от 13 до 16 Белая шамотовая глина от 12 до 15

Скорость горения состава пиросопровождения рассчитывается по формуле:

,

где

C_Fe2O3 - процент окиси железа в рецептуре

C_B - процент аморфного бора в рецептуре

C_Clay - процент шамотовой глины

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - Генератор льдообразующего аэрозоля.

1 - корпус генератора, 2 - воспламенитель, 3 - льдообразующий пиросостав, по патенту RU 2551343, 4 - стержень с составом пиросопровождения.

Литература

1. Шиллинг Н.А. Курс дымных порохов. М.: Оборонгиз. 1940. С. 178-180.

2. Андросов А.С. Теория горения и взрыва. М.: Академия ГПС МЧС России. 2015. С. 248.

3. Шилин А.Г., Федоренко А.И., Савченко А.В., Иванов В.Н. Пиротехнический состав для активного воздействия на переохлажденные облака и туманы (патент RU 2551343, опубл. 20.05.2015. Бюл. №14).

Изобретение относится к пиротехническим составам, предназначенным для активного воздействия на переохлажденные облака с целью предотвращения градовых процессов, а также изменения режима выпадения осадков. Устройство для воздействия на переохлажденные облака включает корпус генератора, льдообразующую пиротехническую композицию. В конструкции генератора присутствует элемент пиросопровождения, представляющий собой стержень, спрессованный из безгазового пиротехнического состава. Техническим результатом является стабилизация процесса горения пиротехнического генератора на большой высоте в условиях значительного разрежения, когда горение пиротехнического генератора не зависит от высоты применения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для воздействия на переохлажденные облака, включающее корпус генератора, льдообразующую пиротехническую композицию, отличающееся тем, что для стабилизации процесса горения в условиях пониженного давления внешней среды и отрицательных температур в конструкции генератора присутствует элемент пиросопровождения, представляющий собой стержень, спрессованный из безгазового пиротехнического состава, представленного следующими компонентами в весовых частях:

оксид железа III Fe₂O₃ от 50 до 80;

В (бор аморфный) от 13 до 16;

белая шамотовая глина от 12 до 15.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что скорость горения элемента пиросопровождения рассчитывается по уравнению

где А=-0,335C_Clay+1,9943,

В=1,531C_Clay - 22,865,

Z=-4,4195C_Clay+66,852,

C_Fe2O3 - процент окиси железа в рецептуре,

С_В - процент аморфного бора в рецептуре,

C_Clay - процент шамотовой глины.