Способ активных воздействий на теплые и переохлажденные туманы и устройство для его осуществления

Способ активных воздействий на теплые и переохлажденные туманы и устройство для его осуществления

Реферат

Изобретение относится к гидрометеорологии, а именно к способам и техническим средствам для активных воздействий на теплые и переохлажденные туманы с целью обеспечения благоприятных метеорологических условий для функционирования аэропортов и дорожно-транспортных коммуникаций.

Известны различные способы активных воздействий на переохлажденные туманы с помощью наземных пропановых установок, когда пропан, с помощью специальных форсунок распыляется в атмосферу и, взаимодействуя с частицами тумана, вызывает необходимый эффект их рассеивания. [Методические указания. Искусственное рассеяние переохлажденных туманов на аэродромах с помощью автоматизированной наземной пропановой системы. - М.: Гидрометеоиздат, 1985, с.27.]

При искусственном воздействии на туманы пропан диспергируется в виде мельчайших частиц, которые в процессе взрывного испарения формируют факел, в отдельных участках которого температура может достигать минус 70°С. В результате в атмосферной среде формируется зона сильно пересыщенного водяного пара, в которой пар, конденсируясь в мелкие капельки, быстро замерзает. Таким образом, в атмосфере искусственным путем создается большое количество центров кристаллизации, в которых конденсируется пар из окружающей среды и оседают переохлажденные облачные частицы воды, переходящие в твердое состояние, что обеспечивает необходимый эффект рассеивания туманов.

Недостатком известного способа является то, что сжиженный пропан, используемый в качестве реагента в смеси с воздухом в концентрации от 2,2 до 9,5%, огнеопасен. Поэтому строго запрещается производить работы, связанные с открытым огнем, на расстоянии менее 15 м от наземных пропановых установок. И вообще все работы с наземными пропановыми установками должны производиться в полном соответствии с существующими «Правилами безопасности в газовом хозяйстве» (Гостехнадзор СССР, М.: Недра, 1980 г.).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ активных воздействий на градовые облака путем сжигания в камере сгорания с горловиной и раструбом рабочего состава с последующим формированием ударной волны и газового состава, направленно действующих на атмосферную среду. [Противоградовая пушка с ионизирующей ударной волной и метеорологическая радиолокационная станция. Рекламный информационный листок. ПРОТОТИП.]

Способ реализуется с помощью противоградовой пушки с ионизирующей ударной волной, содержащей камеру сгорания с горловиной и раструбом, размещенный в полости камеры сгорания рабочий состав и связанный с ним электрический воспламенитель. (Прототип тот же). Ксерокопия прототипа прилагается.

Конический раструб в устройстве достигает высоты 6 метров. У основания камеры сгорания имеется два отверстия для подачи в него воздуха, а также инжектор-смеситель, подключенный к баллону с ацетиленом, а также два электрода для зажигания газовой смеси. Устройство снабжено системой автономного управления. В процессе работы в инжектор-смеситель подается воздух и газ ацетилен, обладающий большой детонационной способностью. Затем с помощью электродов зажигается смесь, и происходит взрыв газов внутри камеры сгорания. При этом ударная волна распространяется вверх в виде эллиптической воронки. Это создает вибрации, влияющие на микроструктуру облаков, при которой град не образуется и вместо него выпадает дождь или мокрый снег.

К недостаткам известного устройства можно отнести грохот, который сопровождает взрыв смеси в рабочей камере, сложность и громоздкость конструкции, а также необходимость использования при работе устройства специального радиолокатора и т.д. Кроме того, при взрыве смеси в камере сгорания одновременно с ударной волной в атмосферу выбрасывается нагретый газ с удельным весом меньше удельного веса воздуха. Данный газ диссипирует в атмосфере и, являясь инертным по отношению к водным частицам, не оказывает никакого влияния на их распад и процессы просветления туманов.

К другим недостаткам известного способа и устройства можно отнести и то, что для создания ударной волны используется взрыв детонирующей смеси воздуха с ацетиленом. При взрывах такой смеси возникают проблемы обеспечения безопасности обслуживающего персонала.

И последним наиболее серьезным недостатком известного способа и устройства является низкая эффективность их применения для рассеивания переохлажденных и теплых туманов, толщина слоя которых от уровня земли составляет около 200 метров. Это обусловлено тем, что акустическая ударная волна, предназначенная изначально для воздействия на градовые облака, не оказывает практически никакого влияния на процессы, связанные с просветлением туманов.

Техническим результатом от использования заявленного технического решения является повышение эффективности и безопасности активных воздействий на переохлажденные и теплые туманы.

Технический результат достигается тем, что в известном способе активных воздействий на теплые и переохлажденные туманы путем сжигания в камере сгорания, снабженной горловиной и коническим раструбом, рабочего состава с последующим формированием ударной волны направленного действия и газового состава, выбрасываемого в атмосферу, в рабочий состав вводят реагент, при сжигании которого образуют активный газовый состав, взаимодействующий с облачной средой, затем из данного активного газового состава формируют вращающийся вокруг собственной кольцевой оси газовый тор, который выбрасывается через горловину камеры сгорания в атмосферу, при этом вращение газового тора вокруг собственной кольцевой оси осуществляют преимущественно по кругу, направленному от центра тора через верх наружу.

Технический результат достигается также и тем, что в известном устройстве для активных воздействий на переохлажденные и теплые туманы, содержащем камеру сгорания, снабженную горловиной и коническим раструбом, а также размещенный в полости камеры сгорания рабочий состав и связанный с ним электрический воспламенитель, камера сгорания выполнена в виде колбы, при этом рабочий состав выполнен в виде пиротехнической шашки, содержащей активное вещество, например иодид серебра, и размещен по оси камеры сгорания в центральной части ее основания.

Иодид серебра используется при воздействии на холодные туманы. Для воздействия же на теплые туманы в качестве реагента могут быть использованы, например, составы на основе нитрата щелочных металлов и порошка магния по патенту РФ №2090548.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематично представлено устройство, реализующее способ активных воздействий на теплые и переохлажденные туманы.

Устройство содержит камеру сгорания 1 с горловиной 2 и коническим раструбом 3. Камера сгорания выполнена в виде колбы, стенки которой имеют овальный профиль. Для обеспечения необходимой устойчивости устройство в нижней части содержит опорные стойки 4, снабженные элементами крепления к бетонному или деревянному основанию. Камера сгорания 1 содержит у основания патрубок 5, через который в полость камеры сгорания 1 с помощью байонетного либо резьбового соединения (на чертеже данное соединение не показано) введена пиротехническая шашка 6, содержащая пиротехнический состав 7, включающий активное вещество, например иодид серебра. Пиротехническая шашка 6 содержит также электрический воспламенитель 8, подключенный через токопроводящий кабель 9 к пульту управления (на чертеже пульт не показан).

С помощью данного устройства предлагаемый способ активных воздействий на теплые и переохлажденные туманы реализуется следующим образом.

Перед применением устройства в камеру сгорания 1 через патрубок 5 вводят пиротехническую шашку снизу и фиксируют с помощью байонетного либо резьбового соединения. Затем электрический кабель 9 подключают к пульту управления.

При воздействии на туман с помощью пульта управления на электрический воспламенитель 8 подается электрический импульс, который зажигает пиротехнический состав 7. При этом пиротехнический состав 7 сгорает в импульсном режиме практически мгновенно и без детонации, т.е. взрыва как такового нет. Образующиеся при этом газы, расширяясь, взаимодействуют с внутренней боковой поверхностью камеры сгорания 1. Овальный профиль камеры сгорания 1 оказывает торможение движению газового потока в пристеночном слое в направлении к выходу, в то время как в направлении по центральной оси происходит свободный выброс наружу газовых струй. В результате на выходе формируется закрученный, т.е. вращающийся вокруг собственной кольцевой оси 10 газовый тор 11. При этом эффект вращения газового тора 11 вокруг оси 10 оказывается тем выше, чем больше разность скоростей газов в пристеночном слое и в слое, направленном по центральной оси вверх. Вращающийся газовый тор 11, содержащий активный дым, по удельному весу меньше удельного веса окружающего воздуха, так как он нагрет и вследствие этого устремляется вверх, перемещаясь в слое тумана. По мере движения газового тора 11 вверх он теряет энергию в окружающую среду и постепенно размывается, оставляя за собой шлейф активных частиц, взаимодействующих с водными частичками тумана, вызывая таким образом необходимый эффект их рассеивания.

Газовый тор 11, выбрасываемый через горловину 2 камеры сгорания 1 в атмосферу, является по существу транспортным и распределительным средством для активных частиц. Вращение же газового тора 11 вокруг собственной кольцевой оси 10 (на чертеже показано круговыми стрелками) обеспечивает необходимую его устойчивость в течение продолжительного времени, обеспечивая тем самым доставку реагента на значительные (до 200 и выше метров) расстояния вверх. Направление движения газового тора 11 на чертеже показано вертикальной стрелкой.

Необходимая устойчивость газового тора 11 в значительной степени обеспечивается также и тем, что при его вращении по принятой схеме на нее действуют силы Магнуса «Р», которые удерживают газовый тор от расползания в радиальном направлении.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволяют существенно повысить эффективность активных воздействий на теплые и переохлажденные туманы за счет обеспечения оперативной доставки и распределения реагента в облачном слое простыми и надежными средствами. При этом снижается безопасность работ, так как отпадает необходимость в использовании различных детонирующих взрывчатых составов.

Способ и устройство могут найти широкое применение для активных воздействий на теплые и переохлажденные туманы с целью обеспечения благоприятных метеорологических условий для надежного функционирования аэропортов и дорожно-транспортных коммуникаций.

Способ и устройство могут быть реализованы в двух вариантах: стационарный вариант и мобильный вариант.

В первом случае определенное количество устройств размещаются по точкам, расположенным вдоль линии воздействия, на заданном расстоянии от взлетно-посадочной полосы аэропортов. Во втором же случае (мобильный вариант) устройства размещаются на автотранспортном средстве, перемещающемся по заданному маршруту, на том же расстоянии, пролегающему вдоль линии, граничащей с взлетно-посадочной полосой.

1. Способ активных воздействий на теплые и переохлажденные туманы путем сжигания в камере сгорания, снабженной горловиной и коническим раструбом, рабочего состава с последующим формированием ударной волны направленного действия и газового состава, выбрасываемого в атмосферу, отличающийся тем, что в рабочий состав вводят реагент, при сжигании которого образуется активный газовый состав, взаимодействующий с облачной средой, затем из активного газового состава формируют вращающийся вокруг собственной кольцевой оси газовый тор, который выбрасывается через горловину камеры сгорания в атмосферу, при этом вращение газового тора вокруг собственной кольцевой оси осуществляют преимущественно по кругу, направленному от центра тора через верх наружу.

2. Устройство для активных воздействий на теплые и переохлажденные туманы, содержащее камеру сгорания, снабженную горловиной и коническим раструбом, размещенный в полости камеры сгорания рабочий состав, и связанный с ним воспламенитель, отличающееся тем, что камера сгорания выполнена в виде колбы, при этом рабочий состав выполнен в виде пиротехнической шашки, содержащей активное вещество, например иодид серебра, и размещен по оси камеры сгорания в центральной части ее основания.