Способ создания искусственного образования в верхних слоях атмосферы и устройство для его осуществления

 

Использование: в метеорологических исследованиях, в частности в процессах создания летательным аппаратом искусственных образований в атмосфере. Сущность изобретения: искусственное образование в атмосфере создают путем выброса магнитной жидкости в атмосферу. После выброса и проведения исследовательских работ возвращают в распылитель для последующего выброса. При этом в зоне улавливания жидкости создают магнитное поле. Эти условия осуществляются с помощью определенного устройства. 2 с.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретения относятся к области оздания искусственных образований (ИО) в верхних слоях атмосферы и могут быть использованы в гнофизических экспериментах, для экранирования объектов в разреженной атмосфере Земли.

Известен способ создания ИО в верхних слоях атмосферы, включающий доставку на околоземную орбиту в резервуаре жидкого вещества и последующий его выброс и устройство для его реализации, содержащее размещенный внутри корпуса резервуар для жидкого вещества, распылитель и средство подачи жидкого вещества в распылитель [1] Однако известные способ и устройство способны создавать ИО в течение относительно непродолжительного, ограниченного времени вследствие неэкономного использования жидкого вещества, обусловленного безвозвратными потерями его в окружающем пространстве после выброса.

Другим недостатком, вызванным полным рассеянием едва выпущенной наружу жидкости, является значительное загрязнение его окружающей среды в области выброса.

Целью изобретений является увеличение времени существования ИО и экономия жидкого вещества.

Указанная цель достигается тем, что в способе создания искусственного образования (ИО) в верхних слоях атмосферы, включающем доставку на околоземную орбиту в резервуаре жидкого вещества и последующий его выброс с помощью распылителя, в резервуар в качестве жидкого вещества помещают магниточувствительную жидкость, которую после выброса и проведения исследовательских работ возвращают в распылитель для последующего выброса, причем в зоне улавливания жидкости создают магнитное поле соленоидальной конфигурации.

Устройство, реализующее способ, содержащее размещенный внутри корпуса резервуар для жидкого вещества, распылитель и средство подачи жидкого вещества в распылитель, снабжают средством улавливания выброшенной жидкости, представляющим собой коллектор, состоящий из конусообразного сборного патрубка прилегающими к его стенкам постоянными магнитами и ряда раздаточных патрубков, причем полости всех патрубков соединены со средством подачи жидкого вещества, выполненным в виде центробежного нагнетателя, на оси которого со стороны отверстия конусообразного сборного патрубка, дополнительно установлен шнек, а распылитель выполнен из сложенной гибкой трубчатой кольцевой оболочки с выпускными отверстиями, скрепленной соединительными трубчатыми оболочками с раздаточными патрубками коллектора, при этом выпускные отверстия выполнены так, что после наполнения кольцевой оболочки жидким веществом их продольные оси сходятся на конусообразном сборном патрубке, кроме того, резервуар для жидкого вещества соединен с приводом вращения и снабжен средством подпитывания полости нагнетателя, состоящим из расположенного на периферии резервуара, по крайней мере, одного подпитывающего подпружиненного клапана, взаимодействующего через упругую ленту с размещенным на корпусе устройства толкателем, снабженным приводом.

Именно наличие конусообразного сборного патрубка и выполнение распылителя в виде кольцевой трубчатой оболочки, выпускные отверстия которой после наполнения оболочки своими продольными осями сходятся на сборном патрубке, позволяют уловить и возвратить обратно в распылитель выбрасываемую жидкость. А наличие постоянных магнитов, установленных под углом друг к другу на сборном патрубке, позволяет создать магнитное стационарное поле соленоидальной конфигурации, усиливающее эффект улавливания магниточувствительной жидкости, для последующего его выброса.

Таким образом достигается цель изобретения. Это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

На фиг.1 изображено устройство, реализующее способ создания ИО в верхних слоях атмосферы; на фиг.2 это же устройство в продольном разрезе, при этом на фигурах стрелками и штриховыми линиями показаны направления и траектории движения жидкого материала, а также светового потока подсвечивающего фонаря; на фиг. 3 показано сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 изображен фрагмент гибкой оболочки с выпускным отверстием; на фиг.5 представлена часть устройства со сложенными в исходном положении гибкими трубчатыми оболочками; на фиг.6 показана схема магнитных полей, создаваемых постоянным магнитом приемного патрубка.

Устройство, реализующее способ, состоит из размещенного внутри корпуса 1 резервуара 2 для жидкого материала 3, средства подачи жидкого материала в распылитель, выполненного в виде центробежного нагнетателя 4. К центробежному нагнетателю примыкает коллектор, состоящей из конусообразного сборного патрубка 5, предназначенного для улавливания выброшенного жидкого материала и ряда раздаточных патрубков 6. Резервуар 2 и нагнетатель 4 снабжены приводом вращения, представляющим собой электродвигатель 7, прикрепленный к патрубку 5 с помощью кронштейнов 8. Резервуар может приводиться во вращение отдельно через редуктор с меньшей скоростью вращения по сравнению с нагнетателем 4. Распылитель выполнен из гибких трубчатых оболочек: кольцевой 9 и ряда соединительных оболочек 10, скрепленных одним концом с кольцевой оболочкой 9 (фиг. 4) а противоположным с раздаточными патрубками 6 коллектора. Гибкие оболочки могут быть выполнены из полимерного материала. В исходном положении до доставки на орбиту оболочки 9 и 10 находятся в сложенном виде, например, внутри сбрасываемого чехла 11 (фиг.5). Кольцевая оболочка 9 имеет выпускные отверстия 12, продольные оси которых после наполнения оболочек жидким материалом фокусируются на конусообразном патрубке 5. На оси центробежного нагнетателя, со стороны отверстия сборного патрубка 5 установлен дополнительно шток 13 для подачи на лопасти нагнетателя 4 улавливаемого патрубком 5 и отраженного или стекаемого с него жидкого материала 3. Периферийная часть резервуара 2 снабжена подпружиненным клапаном 14, предназначенным для выдачи жидкого материала в контур распылителя в случае первоначального его заполнения, а также подпитки в случае восполнения потерь, которые возникнут в процессе работы устройства.

На клапане 14 размещен ролик 15, взаимодействующий через закрепленную на внутренней поверхности корпуса 1 ленту 16 со средством открытия клапана, размещенным на внешней поверхности корпуса 1 и выполненным в виде толкателя 17 с электромагнитным приводом 18. Толкатель 17 приводится в действие в случае убыли жидкого материала и сопутствующему ему снижению давления в контуре распылителя, фиксируемого датчиком 19. Коаксиально сборному патрубку 5, прилегая к его стенкам изнутри, могут быть установлены фокусирующие постоянные магниты 20, например самарий-кобальтовые, создающие сильные магнитные поля соленоидальной конфигурации (фиг.6). Сборный патрубок 5 может быть образован непосредственно набором постоянных магнитов, плотно прилегающих друг к другу. Подобные поля будут предотвращать разбрызгивание жидкости на входе в коллектор в случае использования в качестве жидкого материала 3 магниточувствительной среды (магнитной суспензии, феррожидкости). Жидким материалом может быть также магнитная жидкость, обычно состоящая из трех компонентов: твердых магнитных частиц магнитика Fe₃O₄ коллоидных размеров 10 нм, жидкой основы и добавок ПАВ (поверхностно-активных веществ). Устройство снабжено также светильником подсвечивающим фонарем 21, устанавливаемым на продольной оси коллектора, а также блоком питания и управления 22. Вместо светильника-фонаря 21 могут быть установлены датчики приборов, регистрирующих характеристики атмосферы или отклонения траекторий струй магнитной жидкости. Реализация способа и работа устройства при этом происходят следующим образом.

После доставки устройства с помощью летательного аппарата, например ракетоносителя, на околоземную орбиту, в сильноразреженную среду, включают электродвигатель 7 и электромагнитные приводы 18. Толкатель 17 отожмет от корпуса 1 ленту 16, на которую, набегая, ролик 13 при вращении резервуара 2 будет одновременно отжимать подпружиненный клапан 14, открывая выход жидкому материалу из резервуара 2 в зазор между корпусом 1 и лопатками 4. Под действием этого нагнетателя жидкий материал будет поступать в гибкие трубчатые оболочки 9 и 10 распылителя, постепенно заполняя их и расплавляя из сложенного в развернутое положение, при котором кольцевая оболочка 9 примет торообразную форму, а соединительные оболочки 10, распрямившись, расположатся по образующим конической поверхности (сбрасываемый чехол 11 может быть удален давлением распрямляющихся оболочек 10 или специальным механизмом сдергивания, не показанным на фигурах). При этом продольные оси выпускных отверстий 12 сойдутся (сфокусируются) на конусообразном сборном патрубке 5.

Первоначальное заполнение контура распылителя может производиться также запасом жидкого материала из другого, специального резервуара (на фигурах не показан). В этом случае жидкий материал резервуара 2 будет использоваться только для подпитки, восполняющей потери в контуре в процессе полета по орбите. По достижении заданного давления внутри оболочек отверстия 12 откроются и жидкий материал устремится в сторону сборного патрубка 5. Совокупность множества струй образует полую коническую фигуру. Отразившись от конической поверхности патрубка 5 жидкость попадает на шнек 13, который направляет ее на лопасти нагнетателя 4. Уменьшение разбрызгивания и удержанию жидкого материала в центральной части коллектора, в районе шнека 13 будут способствовать также и постоянные магниты 20, если в качестве жидкого материала 3 использовать магниточувствительные (ферромагнитные) жидкости. При этом силовое взаимодействие поля постоянных магнитов с жидким материалом - магнитной жидкостью будет происходить следующим образом. Благодаря установке постоянных магнитов под углом друг к другу (фиг.6) в зазоре между ними создается стационарное неоднородное магнитное поле, в котором твердые частицы магнитной жидкости, втягиваясь в область более сильного поля, расположенного в устье сборного конусообразного патрубка 5, передают перемещения жидкой основы и увлекают ее за собой. Таким образом, происходит захват, удержание и перемещение капель жидкого материала.

Под действием нагнетателя 4 уловленная жидкость 3 будет повторно закачиваться внутрь оболочек 9 и 10 и таким образом будет происходить ее постоянный круговорот. Для восполнения потерь жидкости, которые могут происходить, например, в результате испарения, автоматически, по сигналам с датчиков 19 включаются электромагнитные приводы 18, открывающие клапаны 14 и производится подпитка контура распыления жидкостью из резервуара 2. Подсвечивающий фонарь 21 будет изнутри освещать полый жидкостный конус, повышая его контрастность и видимость на окружающем фоне в случае нахождения устройства в тени Земли. При установке вместо фонаря 21 датчиков будут измеряться характеристики атмосферы внутри жидкостного конуса распыляемого материала. В безвоздушном пространстве в состоянии невесомости надувная трубчатая конструкция будет устойчиво сохранять форму, а струи жидкости беспрепятственно, практически без встречного сопротивления среды, не разрушаясь в компактном виде, без существенных потерь (согласно исследованиям [3]) будут преодолевать пространство от торообразной оболочки до сборного патрубка коллектора. Эта конструкция в рабочем состоянии может иметь значительные размеры: от 10 до 200 м по длине.

В качестве жидкого материала можно использовать ферромагнитные жидкости на кремнийорганической основе, например, типа ПЭС-5 или С1-20, а также ТУ 49-2-1-85. Эти феррожидкости большой намагниченностью насыщения (не менее 20 кА/м) и более широким диапазоном рабочих температур (±50^oС) по сравнению с жидкостями аналогичного назначения на углеводородной или водной основах. А струи из этой жидкости, благодаря вязкостным свойствам, не разрушаются в разреженной среде. Как показали исследования в случае использования плоских самарий-кобальтовых магнитов с размерами 40·123·136 мм и магнитными характеристиками: остаточной индукцией Br (0,78 0,84)Тл, коэрцитивной силой Hc (573-652,5)кА/м, расположенных (установленных) под углом друг к другу в образующем между ними рабочем зазоре в виде трапеции с нижним основанием 50 мм, верхним 130 мм и высотой 150 мм достигается градиент напряженности ΔH 2,6·10⁶ А/м². На частицу магнитной жидкости объемом V и намагниченностью насыщения M_s, находящуюся в неоднородном магнитном поле, действует сила, направленная в область сильного поля f_м= μ_omΔH Здесь μ_o 4·10^-7 Гц/м магнитная проницаемость вакуума; m MsV магнитный момент частицы.

Оценочные расчеты, проведенные с использованием этой формулы, показывают, что сила магнитного поля, создаваемая упомянутыми выше магнитами, способна остановить и удержать большинство капель жидкости, отскочивших после соударения с приемным конусообразным сборным патрубком.

Формула изобретения

1. Способ создания искусственного образования в верхних слоях атмосферы, включающий доставку на околоземную орбиту в резервуаре жидкого вещества и последующий его выброс с помощью распылителя, отличающийся тем, что в резервуар в качестве жидкого вещества помещают магниточувствительную жидкость, которую после выброса и проведения исследовательских работ возвращают в распылитель для последующего выброса, причем в зоне улавливания жидкости создают магнитное стационарное неоднородное поле соленоидальной конфигурации.

2. Устройство для создания искусственного образования в верхних слоях атмосферы, содержащее размещенный внутри корпуса резервуар для жидкого вещества, распылитель и средство подачи жидкого вещества в распылитель, отличающееся тем, что оно снабжено средством улавливания выброшенной жидкости, состоящим из сборного патрубка с прилегающими к его стенкам постоянными магнитами и снабженного рядом раздаточных патрубков, причем полости всех патрубков соединены с средством подачи жидкого вещества в распылитель, выполненным в виде нагнетателя, соединенного с приводом, а распылитель выполнен из сложенной гибкой трубчатой оболочки с выпускными отверстиями, скрепленной соединительными трубчатыми оболочками с раздаточными патрубками, при этом выпускные отверстия выполнены так, что после наполнения кольцевой оболочки жидким веществом их продольные оси сходятся на сборном патрубке, резервуар для жидкого вещества снабжен средством подпитывания этой жидкостью полости нагнетателя, выполненным в виде клапана с приводом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6