Способ определения характеристик зажигания образцов высокоэнергетических материалов лучистым тепловым потоком

Изобретение относится к области исследования характеристик высокоэнергетических материалов (ВЭМ) и может быть использовано для определения времени задержки зажигания ВЭМ лучистым тепловым потоком. Способ заключается в непосредственном измерении времени задержки зажигания ВЭМ, на поверхность которого подается лучистый тепловой поток через собирающую линзу, перемещающуюся с заданной скоростью относительно образца в процессе измерения. Зависимость теплового потока от времени рассчитывается по алгебраическим формулам для заданных геометрических параметров оптической системы. Технический результат - повышение точности определения времени задержки зажигания при воздействии на образец ВЭМ динамического теплового потока с возрастающей или убывающей интенсивностью. 5 ил.

 

Изобретение относится к области исследования характеристик высокоэнергетических материалов (ВЭМ), в частности к определению одной из основных характеристик зажигания ВЭМ лучистым тепловым потоком - времени задержки зажигания [1]. Изобретение может быть использовано для определения зависимости времени задержки зажигания твердых ракетных топлив, взрывчатых веществ и других ВЭМ от уровня теплового потока, компонентного состава и размеров образцов ВЭМ, диаметра пучка излучения и т.д.

Зависимости времени задержки зажигания от указанных параметров играют важную роль при оценке взрывобезопасности ВЭМ, а также при разработке систем их инициирования (воспламенители, взрыватели, детонаторы и т.д.).

Известен способ измерения времени задержки зажигания ВЭМ заданным постоянным лучистым тепловым потоком ксеноновой лампы [2]. Время задержки зажигания определяют промежутком времени между открытием оптического затвора и моментом появления пламени на поверхности образца ВЭМ, регистрируемым ионизационным датчиком и фотодиодом.

Известен способ измерения времени задержки зажигания ВЭМ излучением СO2-лазера, фокусируемым на поверхности образца линзой из хлорида натрия [3].

Данные способы позволяют проводить измерения времени задержки зажигания только при воздействии теплового потока с заданной постоянной интенсивностью. В то же время, как показывают результаты экспериментальных и теоретических исследований [4, 5], характеристики зажигания ВЭМ существенно зависят от динамики изменения плотности теплового потока в процессе инициирования ВЭМ. Закономерности зажигания ВЭМ тепловым потоком с убывающей или возрастающей интенсивностью представляют интерес не только в плане дальнейшего развития тепловой теории зажигания, но и важны в практических приложениях, поскольку в реальных условиях, как правило, теплообмен при зажигании является нестационарным, то есть осуществляется в динамическом режиме.

Наиболее близким по технической сущности является способ исследования процесса зажигания ВЭМ при динамических условиях подвода лучистой энергии [6]. В качестве источника излучения в данном способе используется трубчатая газоразрядная ксеноновая лампа. При открытии оптического затвора плотность лучистого теплового потока изменяют за счет изменения силы тока в цепи питания лампы с помощью специального тиристорного блока.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка способа определения характеристик зажигания образцов ВЭМ при изменении плотности теплового потока в период инициирования по заранее заданной зависимости от времени.

Технический результат достигается тем, что разработан способ определения характеристик зажигания образцов высокоэнергетических материалов лучистым тепловым потоком, включающий измерение времени задержки зажигания при подаче на поверхность образца теплового потока. Перед образцом устанавливают собирающую линзу с возможностью ее продольного перемещения, а на облученной поверхности образца размещают диафрагму с отверстием, центр которого расположен на оптической оси линзы. Одновременно с подачей теплового потока линзу перемещают относительно образца, а радиус отверстия диафрагмы определяют по формуле

Переменную плотность теплового потока, воздействующего на образец в течение времени t=0÷tk рассчитывают по формуле

при перемещении линзы от образца или по формуле

при перемещении линзы по направлению к образцу.

Значения lmax, lmin, f выбирают в соответствии с неравенством

Здесь R, f - радиус и фокусное расстояние линзы; lmax, lmin - максимальное и минимальное расстояния между линзой и поверхностью образца; Q - лучистый тепловой поток, поступающий на линзу; u, tk - скорость и конечное время перемещения линзы.

Полученный положительный эффект изобретения связан со следующими факторами.

1. Установка перед исследуемым образцом ВЭМ собирающей линзы с возможностью ее продольного перемещения относительно образца позволяет изменять плотность лучистого теплового потока в плоскости размещения образца. Радиус пучка излучения r в зависимости от расстояния l от линзы до плоскости размещения образца А-А и от радиуса начального пучка R (радиуса линзы) определяется линейной зависимостью (Фиг. 1)

где f - фокусное расстояние линзы.

Плотность потока излучения в плоскости А-А равна

где Q - тепловой поток, поступающий на линзу.

В соответствии с формулой (2) изменением расстояния l можно варьировать плотность теплового потока q.

2. Размещение на облучаемой поверхности образца диафрагмы с отверстием радиусом r0 обеспечивает постоянство величины площади сечения пучка излучения S0, поступающего на образец

что обеспечивает идентичность условий облучения при изменении расстояния l от поверхности образца до линзы.

3. Определение радиуса отверстия диафрагмы по формуле

обеспечивает максимальное значение плотности теплового потока на поверхности образца, размещенного на максимальном расстоянии lmax от линзы. При l<lmax (приближение линзы к образцу), величина q будет уменьшаться.

4. При перемещении линзы относительно образца с постоянной скоростью u, расстояние от линзы до облучаемой поверхности образца будет изменяться:

- при удалении линзы от образца

- при приближении линзы к образцу

Подставляя (5, 6) в формулу (2), получим зависимости плотности теплового потока от времени:

- при удалении линзы от образца

- при приближении линзы к образцу

5. Выбор значений lmax, lmin в соответствии с неравенством

обеспечивает размещение облучаемой поверхности образца перед фокусом линзы (Фиг. 1).

Пример реализации заявляемого изобретения приведен на Фиг. 2. На линзу радиусом R=1 см с фокусным расстоянием f=150 см подается равномерный поток излучения CO2-лазера с длиной волны λ=10.6 мкм и с постоянной интенсивностью Q=100 Вт. На поверхности образца ВЭМ (плоскость А-А) установлена диафрагма с радиусом отверстия r0=0.2 см. Перемещение линзы относительно образца происходит с постоянной скоростью u=1 м·с-1. Максимальное и минимальное расстояния от линзы до образца составляют fmax=120 см, fmin=30 см.

Результаты расчетов зависимости радиуса пучка излучения r и плотности теплового потока q от расстояния l, проведенных по формулам (1, 2), приведены на Фиг. 3.

Зависимости плотности теплового потока от времени для данных условий, рассчитанные по формулам (7, 8), приведены на Фиг. 4 для двух вариантов: удаление линзы от образца и приближение линзы к образцу.

Схема экспериментальной установки для реализации предлагаемого способа приведена на Фиг. 5.

Излучение CO2-лазера (1) при открытии затвора центрального типа (6) подавалось на исследуемый образец ВЭМ (9) системой зеркал (3) и линзой (4) из хлорида натрия, перемещающейся относительно образца. Время задержки зажигания образца ВЭМ определялось по сигналам двух фотодиодов ФД-9 (7), один из которых при открытии затвора включал развертку запоминающего осциллографа Owon PDS 5022 S (8), второй регистрировал появление пламени на поверхности образца ВЭМ. Время воздействия лазерного излучения на образец ВЭМ (9) варьировалось в диапазоне 30÷1500 мс и определялось из условия зажигания ВЭМ при постоянном лучистом тепловом потоке [2]. Для визуализации процесса зажигания ВЭМ, а также для определения скорости и времени движения линзы использовалась видеокамера (2). Тепловой поток излучения Q, падающего на образец ВЭМ, измерялся измерителем средней мощности излучения (5) марки ИМО-2, основная приведенная погрешность измерения мощности излучения составляла 5%.

Результаты измерения плотности лучистого теплового потока в зависимости от расстояния l от линзы до поверхности образца ВЭМ, осредненные по трем дублирующим опытам, приведены на Фиг. 3. Расчетные значения q(l), приведенные на Фиг. 3, удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными (расхождение не превышает 5÷7%).

Таким образом, как видно из приведенного примера, при реализации предлагаемого способа достигается положительный эффект, заключающийся в следующем.

1. Способ позволяет определять время задержки зажигания образцов ВЭМ как при убывающей, так и при возрастающей плотности лучистого теплового потока на поверхности образца.

2. Изменяя скорость перемещения линзы относительно образца, можно варьировать динамические характеристики теплового потока.

3. При варьировании геометрических характеристик оптической системы (радиус и фокусное расстояние линзы, радиус отверстия диафрагмы) можно проводить измерения характеристик зажигания образцов ВЭМ в широком диапазоне значений определяющих параметров.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вилюнов В.Н. Теория зажигания конденсированных веществ / В.Н. Вилюнов. - Новосибирск: Наука, 1984. - 189 с.

2. Влияние дисперсности порошков металлов на характеристики кондуктивного и лучистого зажигания смесевых композиций / В.А. Архипов, А.Г. Коротких, В.Т. Кузнецов, Е.С. Синогина // Химическая физика. - 2007. - Т. 26, №6. - С. 58-67.

3. Ballistic properties of solid rocket propellants based on dual-oxidizer (ammonium perchlorate and ammonium nitrate) mixtures / L.T. De Luca, L. Galfetti, F. Severini et al. // Progress in Combustion and Detonation. - Moscow: TORUS PRESS Ltd., 2004. - P. 151-152.

4. Мержанов А.Г. Современное состояние тепловой теории зажигания / А.Г. Мержанов, А.Э. Аверсон // Препринт ИХФ АН СССР. - М., 1970. - 62 с.

5. Гусаченко Л.К. Зажигание и гашение гомогенных энергетических материалов световым импульсом / Л.К. Гусаченко, В.Е. Зарко, А.Д. Рычков // Физика горения и взрыва. - 2012. - Т. 48, №1. - С. 80-88.

6. Экспериментальное исследование процесса зажигания конденсированных веществ при динамических условиях подвода лучистой энергии / Р.Ш. Еналеев, В.А. Матеосов, К.И. Синаев и др. // Физика горения и методы ее исследования: сб. статей. - Чебоксары: Чувашский государственный университет, 1973. - С. 80-86.

Способ определения характеристик зажигания образцов высокоэнергетических материалов лучистым тепловым потоком, включающий измерение времени задержки зажигания при подаче на поверхность образца теплового потока, отличающийся тем, что перед образцом устанавливают собирающую линзу с возможностью ее продольного перемещения, на облученной поверхности образца размещают диафрагму с отверстием, центр которого расположен на оптической оси линзы, одновременно с подачей теплового потока линзу перемещают относительно образца, радиус отверстия диафрагмы определяют по формуле

переменную плотность теплового потока, воздействующего на образец в течение времени t=0÷tk, рассчитывают по формуле

при перемещении линзы от образца или по формуле

при перемещении линзы по направлению к образцу, а значения lmax, lmin, f выбирают в соответствии с неравенством

где R, f - радиус и фокусное расстояние линзы; lmax, lmin - максимальное и минимальное расстояния между линзой и поверхностью образца; Q - лучистый тепловой поток, поступающий на линзу; u, tk - скорость и конечное время перемещения линзы.



 

Похожие патенты:

Использование: для определения объемного содержания воды в нефти. Сущность изобретения заключается в том, что способ основан на определении изменений параметров электромагнитного поля в потоке исследуемой жидкой среды при изменении ее компонентного состава, поток жидкости в зоне измерений разбивают на множество изолированных потоков, каждый из которых взаимодействует с резонатором электромагнитного поля через выделенный участок поверхности контакта, в результате чего в резонаторе формируется электромагнитное поле, обобщающее влияния всех изолированных потоков жидкости, параметры которого принимают за среднее взвешенное для совокупности потоков в изолированных каналах и сопоставляют с соответствующими показателями продукта-аналога, обладающего известными свойствами, которые могут быть эмпирически идентифицированы как доля воды в смеси с углеводородной жидкостью.

Изобретение относится к области дезинфекции и предназначено для дезактивации поверхностей объектов с одновременным обнаружением следов взрывчатых веществ на основе тринитротолуола.

Изобретение относится к области дезинфекции, дезактивации поверхностей объектов и обнаружения следов взрывчатых веществ на основе полинитроароматических соединений типа динитротолуола.

Группа изобретений относится к ракетной технике, а именно к измерению характеристик новых композиций твердого ракетного топлива. Способ включает сжигание образца исследуемого топлива в объеме газа, измерение реактивной силы истекающих продуктов сгорания, причем сжигание образца топлива проводят в потоке кислородсодержащего высокотемпературного газа с параметрами, соответствующими обдуву заряда твердого топлива натурного двигателя, одновременно с образцом исследуемого топлива обдувают таким же расходом газа в противоположном направлении геометрически одинаковый с ним инертный имитатор, при этом образец исследуемого топлива и имитатор размещают в отдельных одинаковых модулях, каждый из которых выполнен с возможностью моделирования камеры дожигания натурного двигателя.

Изобретение относится к области технической физики и касается способа и устройства для исследования воздушной взрывной волны. В исследуемой среде создают насыщенный пар, близкий к критической точке фазового перехода.

Изобретение относится к химмотологии применительно к химическим индикаторам на твердофазных носителях для определения нефтепродуктов. Индикаторный элемент содержит подложку, индикатор и закрепленный на подложке белый впитывающий материал, а индикатор выполнен из мелкодисперсного красителя, растворимого в жидком углеводородном топливе, но не растворимого в воде, и размещен между подложкой и белым впитывающим материалом, при этом в качестве подложки индикаторный элемент содержит гидроизоляционную непрозрачную пленку с липким слоем.

Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к экспресс-обнаружению агрессивных химических веществ кислого характера на горизонтальных, наклонных и вертикальных поверхностях.

Группа изобретений относится к контролю (мониторингу) содержания механических примесей в потоках жидких сред. Способ контроля содержания механических примесей в рабочих жидкостях, в частности в жидком углеводородном топливе, заключается в том, что поток топлива пропускают, поддерживая постоянный расход, через систему фильтрующих перегородок с последовательно уменьшающимися размерами пор, при этом измеряют давление перед каждой фильтрующей перегородкой и давление за ней, вычисляют на основании изменения разности давлений гидравлическое сопротивление фильтрующей перегородки по времени, затем по полученным данным определяют степень засорения фильтрующей перегородки путем сравнения с имеющимися тарировочными данными, показывающими изменение гидравлического сопротивления фильтрующей перегородки в зависимости от содержания механических примесей, и на основе этих данных определяют количество в топливе механических примесей определенного размера.

Изобретения могут быть использованы в коксохимической промышленности. Способ оценки термопластичности углей или спекающих добавок включает набивку угля или спекающей добавки в емкость с получением образца, размещение слоя набивки из частиц на образце, нагрев образца с поддержанием при этом образца и слоя набивки при постоянном объеме или с приложением постоянной нагрузки на слой набивки, измерение расстояния проникновения, представляющее собой термопластичность угля, на которое расплавленный образец проникает в полости слоя набивки, и оценку термопластичности образца с использованием измеренного значения.
Изобретение относится к области исследования качества применения эксплуатационных материалов в баках систем силовой установки и трансмиссии. Способ определения показателей качества применяемых топлив и масел на военной гусеничной машине, заключается в определении температуры застывания, цетанового числа, количества серы, температуры помутнения, температуры застывания, плотности, наличия воды для топлива.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для проведения экспериментов по воспламенению. В устройстве для экспериментов по воспламенению для получения положений горения, образованного внутри трубки (1), можно регулировать градиент температуры в продольном направлении, приложенный к трубке, посредством включения в него устройства для подачи терморегулирующей текучей среды (2).

Изобретение относится к области исследования параметров горения твердых веществ и может быть использовано для определения массовой скорости выгорания древесины строительных конструкций в условиях затрудненного газообмена при локальном пожаре в здании.

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий. .

Изобретение относится к технике проведения экспериментального исследования пожарной опасности строительных материалов. .

Изобретение относится к экспериментальному оборудованию лабораторий, занимающихся разработкой средств и способов пожаротушения. .

Изобретение относится к способу изготовления образца для испытания огнезащитных покрытий и предназначено для оценки эффективности огнезащитных покрытий строительных конструкций.

Изобретение относится к технике огнезащитных материалов и конструкций и предназначено для оценки эффективности огнезащиты стальных стержневых строительных конструкций.

Изобретение относится к технике экспериментального исследования строительных материалов на горючесть и классификацию их по группам горючести. .

Изобретение относится к области огневых испытаний горючих строительных материалов на воспламеняемость, а более конкретно - для определения оптимального времени или предела воспламенения конструкционных и изоляционных материалов (например, древесины, пластмасс и т.п.), для последующей классификации их по группам горючести.

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для проведения исследований пожарной опасности образцов строительных, отделочных, облицовочных и других конструкций и материалов. Установка позволяет испытывать образцы материалов на горючесть при установке их в различных положениях над горелкой - в вертикальном, горизонтальном, наклонном. Для обеспечения такой возможности рамка с испытуемым образцом фиксируется в держателе, который закрепляется на стойке внутри рабочей камеры, в которой размещается газовая горелка. Держатель представляет собой шарнирный многозвенник, установленный одним из своих конечных звеньев на вертикальной стойке. Обеспечена возможность регулировки положения держателя по высоте стойки и вокруг ее оси. Рамка для образца закреплена на другом конечном звене многозвенника. Технический результат - повышение достоверности получаемых результатов испытаний. 9 ил.

Изобретение относится к области исследования характеристик высокоэнергетических материалов и может быть использовано для определения времени задержки зажигания ВЭМ лучистым тепловым потоком. Способ заключается в непосредственном измерении времени задержки зажигания ВЭМ, на поверхность которого подается лучистый тепловой поток через собирающую линзу, перемещающуюся с заданной скоростью относительно образца в процессе измерения. Зависимость теплового потока от времени рассчитывается по алгебраическим формулам для заданных геометрических параметров оптической системы. Технический результат - повышение точности определения времени задержки зажигания при воздействии на образец ВЭМ динамического теплового потока с возрастающей или убывающей интенсивностью. 5 ил.

Наверх