Устройство для формирования нестационарной затухающей ударной волны в слое конденсированной среды

Изобретение относится к устройствам для исследования ударно-волновых явлений в конденсированных средах и может быть использовано для получения нестационарных затухающих ударных волн (волн Тейлора) в конденсированной среде (в частности, в воде). Устройство состоит из ударной трубы, включающей взрывную камеру и соосно состыкованный с ней ускорительный канал, и кюветы с исследуемой конденсированной средой, размещенной со стороны выхода из ускорительного канала соосно и с зазором относительно его. В ускорительном канале размещен ударник с возможностью перемещения под действием продуктов взрывного процесса газовой горючей смеси. Взрывная камера выполнена из двух соосных и примыкающих друг к другу отсеков, отделенных друг от друга плоским поршнем, масса которого превышает массу ударника. В стенках отсеков взрывной камеры сформированы газовводы для соединения с источником газовой горючей смеси. Отсек взрывной камеры, противоположный ускорительному каналу, снабжен средством инициирования взрывного процесса газовой горючей смеси, которой заполняют этот отсек. Поршень установлен с возможностью перемещения в сторону ударника и сжатия газовой горючей смеси в отсеке, примыкающем к ускорительному каналу, под действием давления продуктов взрывного процесса газовой горючей смеси отсека, снабженного средством инициирования. Технический результат: обеспечение симметрии полета ударника при его разгоне в ускорительном канале путем уменьшения длины ускорительного канала без уменьшения скорости ударника. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для исследования ударно-волновых явлений в конденсированных средах и может быть использовано для получения нестационарных затухающих ударных волн (волн Тейлора) в конденсированной среде (в частности, в воде).

Исследование высокоскоростных ударных явлений представляет существенный интерес, как с научной, так и с практической точки зрения. Широкое применение при проведении подобных исследований в лабораторных условиях получили взрывные метательные устройства (Г.И. Канель, С.В. Разоренов, А.В. Уткин, В.Е. Фортов. «Ударно-волновые явления в конденсированных средах». М.: «Янус-К», 1996, стр. 408). Для большинства академических приложений используются устройства, обеспечивающие высокоскоростное метание ударников - плоских пластин. Плоская геометрия нагружения существенно упрощает проведение физических измерений и интерпретацию результатов экспериментов.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является формирования в исследуемой конденсированной среде ударной волны при обеспечении симметрии высокоскоростного (свыше 200 м/с) полета ударника в процессе его разгона.

В качестве ближайшего аналога заявляемого изобретения по количеству сходных признаков и решаемой задаче было выбрано устройство для формирования нестационарной затухающей ударной волны в слое конденсированной среды, описанное в статье «Лабораторное компактное устройство для разгона тонких ударников» (Баранов В.К. и др. Письма в ЖТФ, 2016, Vol. 42, №16, с. 1-6). Устройство содержит ударную трубу, которая состоит из взрывной камеры и соосно состыкованного с ней ускорительного канала, и кювету с исследуемой конденсированной средой, в частности водой, размещенную со стороны выхода из ускорительного канала соосно и с зазором относительно него. Через газоввод, выполненный в стенке взрывной камеры, ее полость связана с источником газовой горючей смеси. Взрывная камера также снабжена средством инициирования взрывного процесса газовой горючей смеси, в качестве которого использован искровой разрядник. Ускорительный канал выполнен длиной 60 мм. В ускорительном канале размещен плоский ударник из оргстекла (толщина 1 мм) с возможностью перемещения в канале под действием давления продуктов взрывного процесса газовой горючей смеси и удара по слою исследуемой конденсированной среды, размещенной в кювете, с формированием в нем нестационарной затухающей ударной волны.

Недостатком ближайшего аналога является сравнительно высокая вероятность (~50%) нарушения симметрии полета ударника в процессе его разгона в протяженном ускорительном канале. Выбор протяженности ускорительного канала связан с необходимостью достижения ударником высоких скоростей, т.к. при уменьшении его длины снижается скорость ударника. В процессе разгона тонкого плоского ударника в таком канале (60 мм), по разным причинам, например локальная случайная шероховатость стенки канала, происходит перекос ударника и при ударе по слою исследуемой конденсированной среды в слое формируется сильно возмущенная ударная волна, что недопустимо. При симметричном ударе по слою воды ударника, летящего со скоростью более 200 м/с, в слое воды толщиной 1 см формируется волна Тейлора с давлением на фронте 0.2 ГПа. При выходе на свободную поверхность слоя волны Тейлора, вследствие действия откольных явлений, формируется облако диспергированной воды. При нарушении симметрии полета ударника (перекоса) нарушается симметрия разлетающегося облака диспергированной воды.

Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение симметрии полета ударника при его разгоне в ускорительном канале путем уменьшения длины ускорительного канала без уменьшения скорости ударника.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для формирования нестационарной затухающей ударной волны в слое конденсированной среды, которое включает ударную трубу, состоящую из взрывной камеры и соосно состыкованного с ней ускорительного канала, и кювету с исследуемой конденсированной средой, размещенную со стороны выхода из ускорительного канала соосно и с зазором относительно его, при этом взрывная камера через газоввод связана с источником газовой горючей смеси и снабжена средством инициирования взрывного процесса газовой горючей смеси, а в ускорительном канале установлен плоский ударник с возможностью перемещения в канале под действием давления продуктов взрывного процесса газовой горючей смеси, новым является то, что взрывная камера состоит из двух соосных и примыкающих друг к другу отсеков, разделенных поршнем, масса которого превышает массу ударника, и каждый из которых связан с источником газовой горючей смеси, а средством инициирования взрывного процесса газовой горючей смеси снабжен только отсек, противоположный ускорительному каналу, причем поршень установлен с возможностью перемещения в сторону ударника и сжатия газовой горючей смеси в отсеке, примыкающем к ускорительному каналу, под действием давления продуктов взрывного процесса газовой горючей смеси отсека, снабженного средством инициирования взрывного процесса.

Взрывная камера и ускорительный канал могут быть выполнены цилиндрическими, а ударник и поршень - в форме диска.

В качестве газовой горючей смеси может быть использована смесь из ацетилена и кислорода.

В качестве газовой горючей смеси может быть использована стехиометрическая смесь.

Выполнение взрывной камеры составной из двух соосных и примыкающих друг к другу отсеков, разделенных поршнем, каждый из которых связан с источником газовой горючей смеси, позволяет обеспечить создание различных условий взрывного превращения газовой горючей смеси в разных отсеках камеры, управляя давлением продуктов взрывного процесса газовой горючей смеси, что, при обеспечении повышенного давления, дает возможность обеспечить требуемую скорость ударнику.

Выбор массы поршня, превышающей массу ударника, связан с обеспечением передвижения поршня в отсеке по инерции и без перекоса и удержания давления сжатой смеси.

Снабжение средством инициирования взрывного процесса газовой горючей смеси только отсека, противоположного ускорительному каналу, позволяет осуществить инициирование только горючей смеси этого отсека для создания необходимого давления продуктов взрывного процесса, перемещающего поршень, сжимая смесь отсека взрывной камеры, расположенного со стороны ускорительного канала.

Размещение поршня в камере с возможностью перемещения в сторону ударника и сжатия газовой горючей смеси в отсеке, примыкающем к ускорительному каналу, под действием давления продуктов взрывного процесса газовой горючей смеси отсека, снабженного средством инициирования, позволяет под действием адиабатического сжатия обеспечить нагрев смеси в отсеке, примыкающем к ускорительному каналу, до высоких температур, достаточных для самопроизвольного инициирования взрывного превращения смеси этого отсека, что позволяет повысить начальное давление и давление продуктов взрывного превращения смеси этого отсека. Повышение давления позволяет сократить длину ускорительного канала, тем самым повышая вероятность симметричного вылета ударника после его разгона в ускорительном канале, не снижая скорость ударника.

Взрывная камера и ускорительный канал могут быть выполнены цилиндрическими, а ударник и поршень - в форме диска для упрощения проведения физических измерений и интерпретации результатов экспериментов.

В качестве газовой горючей смеси может быть использована смесь из ацетилена и кислорода как наиболее оптимальная по мощности для разгона тонкого ударника до скоростей выше 200 м/с.

В качестве газовой горючей смеси может быть использована стехиометрическая смесь, т.к. соотношение компонентов такой смеси оптимально для ряда проводимых экспериментов.

На чертеже схематично представлен общий вид заявляемого устройства, где: 1, 2 - отсеки взрывной камеры, заполняемые смесью ацетилена с кислородом, 3 - ускорительный канал, 4 - полимерная пленка, 5 - поршень, 6 - алюминиевая фольга, 7 - газовводы, 8 - искровой разрядник, 9 - тонкий ударник, 10 - слой скотча, 11 - кювета, 12 - защитное стекло.

Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить устройство для формирования нестационарной затухающей ударной волны в слое жидкости, обеспечивающее разгон тонких ударников до скоростей более 200 м/с и входящее в состав лабораторной установки для исследования развития неустойчивости свободной границы слоя жидкости, при выходе на нее волны Тейлора, в частности, для исследования влияния вязкости и поверхностного натяжения на процесс формирования облака диспергированной воды.

Устройство для формирования нестационарной затухающей ударной волны включает ударную трубу, состоящую из взрывной камеры и соосно состыкованного с ней ускорительного канала с внутренним диаметром 35 мм, и кювету с исследуемой конденсированной средой (водой), размещенную со стороны выхода из ускорительного канала соосно и с зазором относительно его. Взрывная камера состоит из двух соосных и примыкающих друг к другу отсеков, каждый высотой по 40 мм. Отсеки друг от друга отделены полимерной пленкой, на которой прикреплен поршень, представляющий собой диск из оргстекла толщиной 5 мм. Отсек взрывной камеры, расположенный со стороны ускорительного канала, отделен от него тонкой полимерной пленкой, на которой помешен ударник - диск из оргстекла толщиной 1 мм. Отсек взрывной камеры, противоположный ускорительному каналу, снабжен искровым разрядником и изготовлен из текстолита. Ускорительный канал и примыкающий к нему отсек взрывной камеры изготовлены из оргстекла для наблюдения за процессом разгона ударника. Ускорительный канал выполнен длиной 35 мм. В стенках отсеков взрывной камеры сформированы газовводы для соединения с источником газовой горючей смеси - стехиометрической смеси ацетилена с кислородом. Кювета изготовлена из оргстеклах отверстием диаметром 40 мм. Дно кюветы, которым она обращена к ускорительному каналу, перекрыто слоем скотча толщиной 45 мкм. Слой воды (толщиной 10 мм) размещают на поверхности скотча. В состав лабораторной установки также входит высокоскоростная камера СФР, датчик PDV, установленный за защитным стеклом из оргстекла толщиной 10 мм.

Процесс исследования влияния вязкости и поверхностного натяжения на процесс формирования облака диспергированной воды с помощью заявляемого устройства заключается в следующем.

Отсеки 1 и 2 взрывной камеры заполняют стехиометрической смесью ацетилена с кислородом. Осуществляют инициирование взрывного процесса смеси в отсеке 1 взрывной камеры при помощи искрового разряда в искровом промежутке разрядника 8. В результате поршень 5 ускоряется давлением продуктов взрывного превращении смеси и, перемещаясь в сторону ускорительного канала 3, в котором размещен ударник 9, сжимает смесь в отсеке 2 взрывной камеры, примыкающем к ускорительному каналу. Под действием адиабатического сжатия смеси в отсеке 2, повышается давление смеси, а также смесь нагревается до высоких температур, достаточных для самопроизвольного инициирования взрывного процесса в сжатой смеси отсека 2. В результате в отсеке 2 создается давление продуктов взрывного превращения смеси, существенно более высокое, чем в ближайшем аналоге. Под действием этого давления разгон ударника 9 в ускорительном канале 3 происходит с более высоким ускорением. После разгона ударника 9 в ускорительном канале 3 происходит его удар по исследуемому объему воды, который помещен на поверхности слоя скотча 10, перекрывающего снизу отверстие в кювете 11.

Регистрация разгона ударника и облака диспергированной в результате откола жидкости осуществлялась при помощи высокоскоростной камеры СФР (в режиме лупы времени) и методом PDV.

Защитное стекло 12 из оргстекла толщиной 10 мм предохраняет датчик PDV от диспергированной воды, образующейся после выхода ударной волны на свободную поверхность исследуемого слоя жидкости.

Т.о. повышение давления во взрывной камере устройства формирования нестационарной затухающей ударной волны обеспечило возможность существенного уменьшения длины ускорительного канала при сохранении высокой скорости ударника и тем самым сократило вероятность возникновения перекоса ударника при разгоне в ускорительном канале.

1. Устройство для формирования нестационарной затухающей ударной волны в слое конденсированной среды, содержащее ударную трубу, которая состоит из взрывной камеры и соосно состыкованного с ней ускорительного канала, и кювету с исследуемой конденсированной средой, размещенную со стороны выхода из ускорительного канала соосно и с зазором относительно его, при этом взрывная камера через газоввод связана с источником газовой горючей смеси и снабжена средством инициирования взрывного процесса газовой горючей смеси, а в ускорительном канале установлен плоский ударник с возможностью перемещения в канале под действием давления продуктов взрывного процесса, отличающееся тем, что взрывная камера состоит из двух соосных и примыкающих друг к другу отсеков, разделенных поршнем, масса которого превышает массу ударника, и каждый из которых связан с источником газовой горючей смеси, а средством инициирования взрывного процесса газовой горючей смеси снабжен только отсек, противоположный ускорительному каналу, причем поршень установлен с возможностью перемещения в сторону ударника и сжатия газовой горючей смеси в отсеке, примыкающем к ускорительному каналу, под действием давления продуктов взрывного процесса газовой горючей смеси отсека, снабженного средством инициирования,

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что взрывная камера и ускорительный канал выполнены цилиндрическими, а ударник и поршень - в форме диска.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве газовой горючей смеси использована смесь из ацетилена и кислорода.

4. Устройство по п. 1 или 3, отличающееся тем, что в качестве газовой горючей смеси используют стехиометрическую смесь.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к испытательному оборудованию. Способ заключается в том, что на основании, на котором установлена аппаратура летательных аппаратов в виде двух одинаковых бортовых компрессоров для получения сжатого воздуха на борту летательного аппарата, один компрессор устанавливают на штатных резиновых виброизоляторах, а другой компрессор устанавливают на исследуемой двухмассовой системе виброизоляции, включающей в себя резиновые виброизоляторы и упругодемпфирующую промежуточную плиту с виброизоляторами, например, в виде пластин из полиуретана, которые также, как и штатные резиновые виброизоляторы компрессора, устанавливают на жесткой переборке, которую через вибродемпфирующую прокладку устанавливают на основании.

Изобретение относится к химическому и общему машиностроению, в частности к системам безопасности, предотвращающим развитие чрезвычайной ситуации. Технически достижимый результат - повышение эффективности защиты технологического оборудования и людских ресурсов от аварийных ситуаций путем возможности прогнозирования развития чрезвычайной ситуации при аварии на взрывоопасном объекте.

Изобретение относится к испытательному оборудованию. Стенд содержит основание, на котором расположены дополнительные плиты с закрепленными на них виброизолируемыми аппаратами, и регистрирующая аппаратура, на основании установлена аппаратура летательных аппаратов, например два одинаковых бортовых компрессора для получения сжатого воздуха на борту летательного аппарата.

Изобретение относится к испытательному оборудованию и может быть использовано для испытания систем виброизоляции. Способ заключается в том, что на основании располагают дополнительные плиты с закрепленными на них виброизолируемыми объектами, и настраивают регистрирующую аппаратуру, а на основании устанавливают два одинаковых бортовых компрессора для получения сжатого воздуха на борту летательного аппарата.

Изобретение относится к области испытательных и экспериментальных исследований по определению параметров элементов осколочного фронта различных боеприпасов. В способе применяют в качестве регистратора фактов пробития жесткую каркасную систему, состоящую из 6 квадратных рамок, выполненных из деревянного бруса квадратного сечения со стороной длиной 20 мм с прикрепленными к ним преградами из пенопласта или пенополиуретана со стороной длиной 1080 мм и толщиной 15 мм, разнесенных на равном расстоянии.

Изобретение относится к области взрывозащиты технологического оборудования. Стенд для исследований параметров взрывозащитных устройств содержит системы мониторинга и обработки полученной информации об опасной зоне, размещенный в испытательном боксе макет взрывоопасного объекта с установленным в нем взрывным осколочным элементом с инициатором взрыва, защитный чехол и поддон.

Изобретение относится к области специального оборудования, предназначенного для испытаний на работоспособность средств инициирования (СИ), взрывных и пиротехнических устройств (ВУ и ПУ), а также систем взрывной автоматики (СВА), в частности электродетонаторов (ЭД) в условиях действия ударных перегрузок.

Изобретение относится к устройствам для испытаний на ударные воздействия и может быть использовано при испытаниях на высокоинтенсивные ударные воздействия различных, в том числе и пространственных систем.

Изобретение относится к оборудованию для испытаний приборов на вибрационные и ударные воздействия. Способ заключается в установке двух одинаковых исследуемых объектов на различных системах их виброизоляции и проведении измерений их амплитудно-частотных характеристик.

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.

Изобретение относится к испытательному оборудованию. Способ заключается в том, что на основании, на котором установлена аппаратура летательных аппаратов в виде двух одинаковых бортовых компрессоров для получения сжатого воздуха на борту летательного аппарата, один компрессор устанавливают на штатных резиновых виброизоляторах, а другой компрессор устанавливают на исследуемой двухмассовой системе виброизоляции, включающей в себя резиновые виброизоляторы и упругодемпфирующую промежуточную плиту с виброизоляторами, например, в виде пластин из полиуретана, которые также, как и штатные резиновые виброизоляторы компрессора, устанавливают на жесткой переборке, которую через вибродемпфирующую прокладку устанавливают на основании.

Изобретение относится к области технической физики, а именно к пневматическим устройствам для испытания конструкции двигателя летательного аппарата на ударное воздействие и может быть использовано при экспериментальных исследованиях и стендовых испытаниях на устойчивость элементов конструкции двигателя летательного аппарата при ударном воздействии от столкновений, преимущественно с обломками льда на режимах полета.

Изобретение относится к промышленной акустике. В заглушенной камере, в которой поглощается падающий на стены звук от испытуемого объекта, устанавливают испытываемый объект на плавающий пол, при этом заглушенную камеру размещают в отдельном здании с фундаментом, стенами, потолочным перекрытием, внутри которого, на автономном фундаменте, размещают ее стены, плавающий пол, на котором устанавливают испытуемый объект и легкое потолочное перекрытие, заглушенную камеру герметично облицовывают со всех сторон вновь разработанным и подлежащим испытанию звукопоглощающим элементом, при этом уровень звуковой мощности Lp испытуемого объекта определяют по результатам измерений среднего уровня звукового давления Lcp на его измерительной поверхности, за которую принимают площадь полусферы S, м2, т.е.

Группа изобретений относится к пороховым баллистическим установкам (ПБУ), используемым в качестве разгонных устройств в стендах для испытаний конструкций на воздействие интенсивных механических нагрузок.

Изобретение относится к оборудованию для испытаний приборов на вибрационные и ударные воздействия. Сущность: на основании через вибродемпфирующую прокладку закрепляют жесткую переборку, на которой устанавливают два одинаковых исследуемых объекта, при этом один объект устанавливают на штатных виброизоляторах, а другой – на исследуемой многомассовой системе виброизоляции, включающей в себя виброизоляторы и упругодемпфирующую промежуточную плиту.

Изобретение относится к способам определения защитных свойств средств индивидуальной бронезащиты, преимущественно шлемов для головы. Способ, при котором наносят удар телом с нормированной энергией по незащищенному макету объекта, заполненному жидкостью, и удар телом с определенной энергией по защищенному средством индивидуальной защиты макету объекта.

Изобретение относится к оборудованию для испытаний приборов на вибрационные и ударные воздействия. Сущность: на основании закрепляют жесткую переборку с датчиком уровня вибрации, на которую устанавливают два одинаковых бортовых компрессора на различных системах их виброизоляции и проводят измерения их амплитудно-частотных характеристик.

Изобретение относится к области промышленной безопасности опасных производственных объектов и может быть использовано для определения зон возможных разрушений и поражений человека осколками при авариях на объектах с обращением сжатого газа.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и касается способа обнаружения ударных повреждений конструкции. Способ включает в себя нанесение на поверхность конструкции люминесцентного покрытия люминесцирующего в видимой области спектра под воздействием УФ-излучения, просмотр покрытия при облучении конструкции УФ-излучением и обнаружение ударных повреждений за счет цветовых различий.

Изобретение относится к области испытаний и может быть использовано для испытания строительных конструкций при сверхнормативном ударном воздействии. Испытуемую конструкцию подвергают сверхнормативному ударному воздействию.

Изобретение относится к испытательному оборудованию. Стенд содержит стол для закрепления объекта испытаний (ОИ), установленный в центральной части связанного с основанием упругого элемента, средство создания ударной нагрузки в виде падающего груза. Падающий груз размещен на направляющих, на которых с возможностью свободного перемещения и фиксации в заданном положении установлена траверса, к которой верхним концом подвешен дополнительный упругий элемент, нижним концом соединенный с падающим грузом. Упругий элемент для установки ОИ выполнен в виде четырех полос из собранных в кассеты упругих стержней, концы полос симметрично шарнирно соединены с противоположными вертикальными стойками рамы основания стенда, их средняя часть шарнирно связана с висящим на них соосно с осью стенда столом. Верхняя часть стола предназначена для взаимодействия с падающим грузом, а его нижняя часть жестко соединена с ОИ. Технический результат: обеспечение возможности регулирования максимального значения ударной нагрузки на объект испытаний путем варьирования высоты падения груза, его массы, изменения жесткости крешера. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для исследования ударно-волновых явлений в конденсированных средах и может быть использовано для получения нестационарных затухающих ударных волн в конденсированной среде. Устройство состоит из ударной трубы, включающей взрывную камеру и соосно состыкованный с ней ускорительный канал, и кюветы с исследуемой конденсированной средой, размещенной со стороны выхода из ускорительного канала соосно и с зазором относительно его. В ускорительном канале размещен ударник с возможностью перемещения под действием продуктов взрывного процесса газовой горючей смеси. Взрывная камера выполнена из двух соосных и примыкающих друг к другу отсеков, отделенных друг от друга плоским поршнем, масса которого превышает массу ударника. В стенках отсеков взрывной камеры сформированы газовводы для соединения с источником газовой горючей смеси. Отсек взрывной камеры, противоположный ускорительному каналу, снабжен средством инициирования взрывного процесса газовой горючей смеси, которой заполняют этот отсек. Поршень установлен с возможностью перемещения в сторону ударника и сжатия газовой горючей смеси в отсеке, примыкающем к ускорительному каналу, под действием давления продуктов взрывного процесса газовой горючей смеси отсека, снабженного средством инициирования. Технический результат: обеспечение симметрии полета ударника при его разгоне в ускорительном канале путем уменьшения длины ускорительного канала без уменьшения скорости ударника. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх