Способ создания искусственного облака в верхней атмосфере земли и устройство для его осуществления

Способ создания искусственного облака в верхней атмосфере земли и устройство для его осуществления

Реферат

 

Изобретение относится к исследованиям верхней атмосферы Земли и околоземного космического пространства методом искусственных светящихся и дымовых облаков и могут быть использованы, например, при активных воздействиях на атмосферные процессы. Техническим результатом изобретения является создание искусственного облака заданного масштаба из ограниченной массы реагента. Способ заключается в том, что искусственное облако (ИО) заданного размера создают из ограниченной массы жидкого или пастообразного реагента путем управляемого одномоментного воздействия на реагент в замкнутом объеме импульсами равновеликих встречно направленных сил с обеспечением возможности распыления реагента в плоскости, перпендикулярной направлению действия этих сил. ИО имеет дисковую или прерывисто-лучевую структуру с заданными порядком чередования и интенсивностями лучей и заданные скорости разлета реагента (от долей м/с до нескольких км/с). Устройство для осуществления этого способа содержит емкость для реагента, на середине высоты в оболочке 1 которой имеется ослабление в виде проточки 4 или окон с мембранами калиброванной толщины, а на торцовых поверхностях 2 и 3 емкости смонтированы равновеликие по мощности части 6 управляемого источника сжатого газа, в качестве которого могут использоваться заряды пиротехнического взрывчатого вещества или аккумуляторы высокого давления. 2 с. п. и 2 д. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к исследованиям верхней атмосферы (ВА) Земли и околоземного космического пространства (ОКП) методом искусственных светящихся и дымовых облаков (ИО) и может быть использовано, например, для активных воздействий на атмосферные процессы.

Известно устройство для выброса жидких реагентов с борта метеоракеты [1] , в котором емкость с реагентом и помещенным внутри этой емкости зарядом сжатого газа для вытеснения реагента устанавливается на ракете, стабилизируемой вращением. Во время полета ракеты жидкий реагент отбрасывается к стенкам емкости, а заряд сжатого газа локализуется у ее оси. Входное отверстие выпускного патрубка размещено внутри жидкости на максимально возможном расстоянии от оси вращения. При открытии пироклапана, установленного в выпускном патрубке, жидкий реагент вытесняется через выпускной патрубок к форсунке и распыляется в окружающее пространство, образуя ИО-след, длина которого пропорциональна времени выброса реагента из емкости. Секундный расход реагента определяется, в основном, давлением газа внутри емкости и суммарной площадью поперечного сечения выпускных отверстий форсунки.

Регистрируя эволюцию ИО-следа в режиме замедленной киносъемки и обрабатывая получаемые при этом снимки ИО, можно получить довольно полное представление о динамических процессах, происходящих в ВА. Поперечные начальные размеры ИО-следа определяются, в основном, скоростью выброса реагента из емкости, составляющей величину от долей м/с до нескольких десятков м/с. Эти размеры ИО могут достигать десятков и сотен метров. Но получение информации о процессах большего масштаба с помощью этого устройства затруднительно.

Известны способ и ракета, предназначенные для засева облаков [2] , согласно которым реагент мгновенно распыляется взрывом заряда, помещенного внутри контейнера с реагентом. Линейные размеры облака при этом получаются значительно большими, чем в предыдущем случае. Однако воздействие факторов взрыва (сверхвысоких давлений и температур) может привести к существенным, неконтролируемым или нежелательным изменениям свойств реагента, а облако при взрыве получается "полым", и его эволюция по этой причине не в полной мере иллюстрирует процессы, протекающие в реальной атмосфере.

Известно устройство для создания искусственных светящихся облаков (ИСО) с помощью выброса триметилалюминия (ТМА) [3] , в котором выброс реагента из устройства осуществляют через форсунку поршнем, приводимым в движение сжатым газом после открытия пироклапана, установленного в трубопроводе, соединяющем емкость с реагентом и аккумулятор давления газа. Поперечное суммарное сечение отверстий форсунки и давление газа в емкости с реагентом, как и в первом из вышеописанных случаев, определяют секундный расход реагента и размеры образуемого ИО-следа, что позволяет создавать ИО малых и средних масштабов. Вместе с тем, остается актуальной задача исследования крупномасштабных процессов, для визуализации которых необходимо создание ИО, протяженных хотя бы в двух взаимноперпендикулярных направлениях на сотни и даже тысячи метров. Достигнуть такого результата можно, например, за счет повышения скорости выброса реагента при многократном увеличении площади проходного сечения отверстий распылителя.

Вышеописанное устройство [3] для создания ИСО при выбросе ТМА по большинству сходных существенных признаков взято за прототип предлагаемых способа и устройства создания крупномасштабного ИО.

Достигаемым в предлагаемом изобретении техническим результатом является создание искусственного облака заданного масштаба из ограниченной массы реагента.

Сущность изобретения заключается в том, что искусственное облако создают из заданной массы жидкого или пастообразного реагента, заключенного в емкость, путем одномоментного воздействия на этот реагент импульсом равновеликих встречно направленных сил с обеспечением преобладающей возможности распыления реагента в плоскости, перпендикулярной направлению действия этих сил.

Устройство для создания ИО включает установленную на летательном аппарате (ЛА) или отделяемом от него модуле (ОМ) емкость с реагентом, состоящую из цилиндрической оболочки с ослабляющей проточкой на середине ее высоты и утолщенных дна и крышки с возможностью выполнения ими функций вытеснительных поршней, на внешних поверхностях которых смонтированы равные по мощности сообщающиеся между собой части управляемого источника сжатого газа (ИСГ), подключенного к системе электроавтоматики, причем емкость с реагентом и ИОГ помещены в установочном каркасе, размещенном в отсеке полезной нагрузки ЛА или ОМ.

На чертеже изображена конструкция предлагаемого устройства.

Емкость для реагента состоит из цилиндрической оболочки 1, дна 2 и крышки 3. На середине высоты оболочки выполнена кольцевая ослабляющая проточка 4. В крышке 3 имеются наполнительное и дренажное отверстия, герметично закрываемые пробками 5. На внешних поверхностях дна 2 и крышки 3 смонтированы одинаковой мощности части 6 ИСГ, сообщенные между собой аксиально расположенным элементом 7 ИСГ. В крышке 3 установлен инициирующий срабатывание ИСГ механизм (ИМ) 8, управляемый от командного блока (КБ) ЛА или ОМ.

Работают по предлагаемому способу с помощью вышеописанного устройства следующим образом. Снаряженное реагентом 9 и оборудованное ИСГ (6-7) устройство размещают в установочном каркасе 10 отсека полезной нагрузки, подключают ИМ 8 к КБ ЛА или ОМ. Во время полета ЛА в заданный программой момент от КБ на ИМ подается управляющий импульс, вследствие чего срабатывают равные по мощности части ИСГ 6. При этом на реагент 9 со стороны дна 2 и крышки 3 одномоментно действуют мгновенные импульсы равновеликих встречно направленных сил, емкость вскрывается и через кольцевую щель, которая образуется по проточке 4 в оболочке 1 емкости, реагент выбрасывается в окружающее пространство в плоскости, перпендикулярной к оси емкости. На кромках щели практически несжимаемый жидкий или пастообразный реагент интенсивно распыляется, вследствие чего в ВА или ОКП образуется ИО преимущественно дискообразной формы. Ширину распыляющей щели в оболочке подбирают расчетным или опытным путем, например, с помощью ограничителей расхождения половинок оболочки (фиксаторов заданной ширины распыляющей щели), являющихся в то же время элементами установочного каркаса 10.

Требуемую ширину распыляющей щели в оболочке емкости для реагента можно обеспечить также, например, применением обруча-бандажа над проточкой, закрепленного на одной из половинок оболочки с заданным перекрытием проточки - потенциальной щели (обруч-бандаж не показан). Упомянутый обруч-бандаж может иметь отверстия или вырезы с заданными чередованием и конфигурацией просветов и экранирующих участков, что позволяет управлять формой ИО (например, создавать ИО в виде лучей постоянной или переменной ширины с тем или другим шагом).

Вместо ослабляющей проточки на оболочке емкости могут быть выполнены окна ослабления (не показаны), толщину мембран в которых подбирают расчетным или экспериментальным путем из условия обязательного разрушения мембран и качественного распыления реагента при используемой мощности ИСГ.

В качестве ИСГ применяют заряды пиротехнических или взрывчатых материалов и/или аккумуляторы высокого давления. При использовании, например, серийно изготавливаемых пиротехнических средств с высокой вероятностью срабатывания (как правило, не хуже величины 0,999) и конструкции устройства, в которой стыкующиеся элементы находятся обычно в неподвижных герметичных сопряженных между собой, надежность устройства может быть доведена до весьма высокого уровня.

Данное устройство способно обеспечить выброс реагента с широким диапазоном скоростей - от долей м/с до нескольких км/с (в зависимости от выбранных параметров ИСГ, емкости и элементов распылителя).

Относительная простота предлагаемого решения задачи и многовариантность технического воплощения свидетельствуют в пользу возможности сравнительно быстрой его реализации с достижением положительного эффекта. При прочих равных условиях, скорость выброса реагента из емкости, по сравнению с прототипом, по меньшей мере вдвое выше, т. к. за один и тот же промежуток времени работы ИСГ путь перемещения реагента от дна и крышки к щели-распылителю в оболочке емкости вдвое короче, и, кроме того, площадь проходного сечения распылительной щели многократно превышает суммарную площадь сечения отверстий распылителя в устройстве-прототипе. Все это приводит к сокращению времени выброса заданной массы реагента и потерь энергии на трение реагента в распылителе.

По результатам лабораторно-стендовой отработки макета устройства подготовлены модельные образцы устройства для натурных испытаний в составе исследовательской ракеты МР-12 (МР-20). (56) 1. Андреева Л. А. и др. , Труды Института экспериментальной метеорологии, 1979, вып. 9(85), М. : Гидрометеоиздат.

2. Патент Франции N 2394979, кл. А 01 G 15/00, 1979.

3. Андреева Л. А. и др. , Труды Института экспериментальной метеорологии, 1972, вып. 1(34) М. : Гидрометеоиздат.

Формула изобретения

1. Способ создания искусственного облака в верхней атмосфере Земли, включающий доставку летательным аппаратом на заданную высоту емкости с жидким или пастообразным реагентом и распыление последнего, отличающийся тем, что распыление реагента осуществляют путем одномоментного воздействия в замкнутом объеме на реагент импульсом равновеликих встречно направленных сил с обеспечением преимущественной возможности распыления реагента в плоскости, перпендикулярной направлению действия этих сил.

2. Устройство для создания искусственного облака в верхней атмосфере Земли, содержащее устанавливаемую на летательном аппарате емкость для жидкого или пастообразного реагента, соединенную с источником сжатого газа для распыления этого реагента, отличающееся тем, что емкость состоит из цилиндрической оболочки с ослабляющей проточкой на середине высоты емкости и утолщенных дна и крышки, выполненных с возможностью осуществления ими функций вытеснительных поршней, на внешних поверхностях которых смонтированы равновеликие по мощности части источника сжатого газа, соединенного с системой автоматического управления, при этом емкость и источник сжатого газа помещены в установочном каркасе, отдельные элементы которого выполнены с возможностью фиксации заданной ширины распыляющей щели в емкости или ограничения расхождения половинок емкости.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что вплотную над ослабляющей проточкой на середине оболочки емкости выполнен обруч-бандаж, неподвижно скрепленный с одной из половинок оболочки и перекрывающий проточку с заданными порядком чередования и длинами участков перекрытия распыляющей щели и/или отверстиями выбранных конфигураций и проходных сечений.

4. Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что участки ослабления оболочки емкости выполнены в виде окон заданных размеров, закрытых мембранами калиброванной толщины, разрушаемыми при используемой мощности источника сжатого газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1