УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРУЖЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ВОЗДУШНОЙ УДАРНОЙ ВОЛНОЙ
DEVICE FOR LOADING OF COMBUSTION ENGINE WITH AIR SHOCK WAVE

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний двигателей внутреннего сгорания (ДВС) воздушной ударной волной, преимущественно ДВС, размещенных в подземных сооружениях, которые могут подвергаться интенсивному воздействию воздушной ударной волны в случае взрыва.
Известно устройство для нагружения объектов воздушной ударной волной, содержащее ударную трубу с открытым и закрытым торцами для размещения объекта испытаний, источник ударной волны, выполненный в виде детонационной камеры с зарядом взрывчатого вещества, заглушку для создания заданного затухания давления внутри ударной трубы, состоящую из нескольких экранов; экраны выполнены в виде гибких элементов, закрепленных вертикально и горизонтально на открытом торце ударной трубы, US 3495455.
Недостатком устройства является многократность нагружения объекта, что существенно отличается от воздействия ударной волной в реальных условиях; поэтому испытания, проводимые таким устройством, не позволяют достоверно оценить возможные результаты естественного воздействия.
Известно устройство для нагружения объектов воздушной ударной волной, содержащее ударную трубу (УТ) с открытым и закрытым торцами для размещения объекта испытаний, источник ударной волны, включающий детонатор, экран для гашения ударных волн, выполненный в виде гибких элементов, закрепленных вертикально и горизонтально на открытом торце ударной трубы; экран для гашения ударных волн дополнительно содержит заслонки, выполненные в виде перекрывающих поперечное сечение ударной трубы прямоугольных листов, закрепленных на горизонтальных гибких элементах с возможностью поворота относительно них, причем каждая верхняя заслонка перекрывает часть поверхности следующей нижней заслонки, а внизу каждой заслонки выполнен утяжеляющий ее продольный элемент, RU 2217723С.
Данное техническое решение принято в качестве прототипа настоящего изобретения.
Существенным недостатком прототипа является то обстоятельство, что это устройство практически не позволяет оценить состояние объекта, а именно работу ДВС, при воздействии воздушной ударной волны во время фазы разрежения воздушной среды, так как в УТ устройства фаза разрежения слабо выражена. Однако во время воздействия фазы разряжения может произойти сбой рабочих тактов ДВС и даже нарушение порядка работы впускного и выпускного клапанов.
Кроме того, устройство-прототип практически может быть использовано для испытания лишь небольших объектов, например измерительных приборов, малогабаритных механизмов и т.п. Испытание на ударное воздействие больших объектов, в частности ДВС практически, невозможно, поскольку потребовалось бы многократное увеличение диаметра УТ, мощности детонатора и соответственно толщины стенок УТ. Кроме того, в устройстве-прототипе воздействие воздушной ударной волны оказывается, в основном, на наружную поверхность объекта испытания и лишь очень небольшая часть мощности ударной волны попадает внутрь объекта. В реальном случае взрыва внутрь ДВС, размещенного в подземном сооружении, через выхлопную трубу и воздушный патрубок попадает воздушная ударная волна весьма значительной мощности, при этом следует подчеркнуть, что в большой степени нарушение рабочих циклов ДВС или даже разрушение происходит именно вследствие попадания ударной волны внутрь двигателя.
Также существенным недостатком прототипа является то обстоятельство, что воздушная ударная волна создается исключительно за счет энергии взрыва детонатора, что ограничивает мощность моделируемой ударной волны по условиям безопасности или увеличивает материалоемкость устройства.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности нагружения и оценки работы ДВС при воздействии воздушной ударной волны, попадающей внутрь ДВС, как во время фазы сжатия, так и во время фазы разрежения воздушной среды. Кроме того, решается задача повышения безопасности устройства за счет уменьшения мощности взрыва детонатора.
Согласно изобретению в устройстве для нагружения двигателя внутреннего сгорания (ДВС) воздушной ударной волной, содержащем ударную трубу и источник ударной волны, содержащий детонатор, ударная труба выполнена с сужением в средней ее части, источник ударной волны выполнен в виде камеры со сжатым газом, сопряженной через разрушаемую диафрагму с одним концом ударной трубы, детонатор размещен в камере на диафрагме, на другом конце ударной трубы установлен управляемый запорный орган, снабженный электромеханическим приводом, к средней части ударной трубы подсоединен патрубок, свободный конец которого выполнен с возможностью соединения с выхлопной трубой ДВС, а также выпускной патрубок, на свободном конце которого установлен управляемый запорный орган, снабженный электромеханическим приводом, при этом устройство содержит первый и второй датчики давления, блок управления, блок обработки информации и блок представления информации, а также датчик температуры и датчик давления, размещенные в цилиндрах ДВС, причем первый датчик давления размещен в камере со сжатым воздухом и соединен с первым входом блока управления, второй датчик давления размещен в выхлопной трубе ДВС и соединен со вторым входом блока управления, датчик температуры соединен с четвертым входом блока управления, датчик давления соединен с пятым входом блока управления, первый выход блока управления соединен с электромеханическим приводом запорного органа, установленного на конце ударной трубы, второй выход блока управления соединен с электромеханическим приводом запорного органа, установленного на конце выпускного патрубка, третий выход блока управления соединен со входом блока обработки информации, первый выход которого соединен со входом блока представления информации, а второй его выход соединен с третьим входом блока управления.
Заявителем не выявлены какие-либо технические решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии настоящего изобретения критерию «новизна».
В результате реализации отличительных признаков изобретения достигаются важные новые свойства объекта:
- обеспечивается возможность воздействия моделируемой взрывной волной внутрь ДВС, при этом независимо от его габаритов;
- увеличивается интенсивность фазы разрежения воздушной среды;
- интенсивное воздействие воздушной ударной волной производится при небольшой мощности детонатора.
Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемые свойства, что обусловливает, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема устройства.
Устройство для нагружения двигателя 1 внутреннего сгорания воздушной ударной волной содержит ударную трубу (УТ) 2, выполненную с сужением 3 в средней ее части, и источник ударной волны, выполненный в виде камеры 4 со сжатым газом, в частности воздухом; возможно также использование азота, инертного газа и т.п. Камера 4 сопряжена через разрушаемую диафрагму 5 с одним концом ударной трубы 2. В камере 4 на диафрагме 5 размещен детонатор 6. Камера 4 и УТ 2 выполнены из стали марки Ст10 и имеют толщину 4 мм. Диафрагма 5 выполнена из паронита толщиной 5 мм. Детонатор 6 - электродетонатор мгновенного действия ЭД-В, содержит размещенное в капсюле взрывчатое вещество и электровоспламенитель, представляющий собой два провода с припаянным к ним мостиком накаливания из нихромовой проволоки; на мостик нанесен воспламенительный состав; время воспламенения и горения - 1-2 мсек.
На другом конце УТ 2 установлен управляемый запорный орган 7, в частности электромагнитый клапан КЭО 80/10/080/135сЭВО6/АС/220/1 с электромеханическим приводом 8.
К средней части УТ 2 в месте сужения 3 подсоединен патрубок 9, свободный конец которого выполнен с возможностью соединения посредством фланцевого соединения 10 с выхлопной трубой 11 ДВС 1. Также к средней части УТ 2 в месте сужения 3 подсоединен выпускной патрубок 12, на свободном конце которого установлен управляемый запорный орган 13, в частности электромагнитный клапан КЭО 50/06/010/133сЭВО4/АС/220/9, снабженный электромеханическим приводом 14. Устройство также содержит первый 15, в частности АИР-20М2-ДА, и второй 16, в частности АИР-20М2-ДИВ датчики давления, блок 17 управления, в конкретном примере, контроллер МС 5.111, содержащий интерфейсный модуль RS 232 С и пульт управления MD 81, блок 18 обработки информации, в данном примере процессор Genuine Intel (R) CRU, 555-6AD39E, и блок 19 представления информации, в частности ЖК-монитор LPL 0000 4 & 35FA6DD. Рабочие параметры ДВС - температура и давление в цилиндрах определяются датчиками 20 и 21 соответственно.
Датчик 20 соединен с четвертым входом блока 17, датчик 21 соединен с пятым входом блока 17. При нормальной работе ДВС 1 запорный орган 7 закрыт, запорный орган 13 открыт; выхлопные газы проходят через выхлопную трубу 11, патрубок 9, сужение 3 УТ 2, выпускной патрубок 12, открытый запорный орган 13 и выходят в атмосферу. Сигналы датчиков 20, 21, содержащие информацию о температуре и давлении в цилиндрах ДВС, в нормальном режиме работы поступают соответственно на четвертый и пятый входы блока 18 обработки информации, и затем информация отображается на экране монитора 19.
Для определения зависимости рабочих параметров ДВС 1 от величины разрежения, создаваемого воздушной ударной волной, блок 17 управления включают в режим «разрежение» и подрывают детонатор 6, при этом происходит разрушение диафрагмы 5, давление в камере 4 изменяется, и срабатывает датчик 15, реагирующий на изменение давления. Сигнал от датчика 15 поступает на первый вход блока 17 управления, при этом со второго выхода блока 17 подается сигнал на электромеханический привод 14 на закрытие управляемого запорного органа 13; одновременно с этим блок 17 управления через свой первый выход выдает сигнал на электромеханический привод 8 на открытие управляемого запорного органа 7. Воздушная ударная волна проходит от камеры 4 через УТ 2 и через открытый запорный орган 7 выходит в атмосферу, при этом, проходя через сужение 3 в УТ 2, ударная волна увеличивает свою скорость, создавая разрежение в области сужения 3, патрубке 9, выхлопной трубе 11 и в цилиндрах ДВС 1, что влияет на работу двигателя, сказывается на температуре и давлении в цилиндрах ДВС 1.
Сигналы от датчиков 16, 20, 21 поступают соответственно на 2, 4, 5 входы блока 18 обработки информации и затем в виде графика изменения этих параметров во времени отображаются на экране блока 19 - монитора. Представленная на экране монитора информация отображает зависимость параметров, характеризующих работу ДВС, от величины разрежения, возникающего от воздействия ударной волны, которое может нарушать работу двигателя в значительной степени.
Для определения зависимости вышеуказанных параметров ДВС от воздействия воздушной ударной волной блок 17 управления при работе ДВС в нормальном режиме переключают в режим «сжатие». При этом запорный орган 7 закрыт, запорный орган 13 закрыт. При изменении давления в камере 4 в результате разрушения диафрагмы 5 срабатывает датчик 15, сигнал от блока 17 управления подается на привод 14, который закрывает запорный орган 13. Воздушная волна через УТ 2, патрубок 9 и выхлопную трубу попадает в ДВС 1, давление фазы сжатия ударной волны в выхлопной трубе 11 регистрируется датчиком 16, давление и температура в цилиндрах - датчиками 20 и 21.
Сигналы датчиков 16, 20, 21 поступают в блок 17 управления, затем в блок 18 обработки информации и затем отображаются на экране монитора 19 аналогично описанному выше применительно к фазе разрежения.
Реализация отличительных признаков изобретения обеспечивает принципиально новое свойство устройства - обеспечение возможности нагружения ДВС воздушной ударной волной, попадающей внутрь него, причем как в фазе сжатия, так и в фазе разрежения. Это позволяет осуществить нагружение воздушной ударной волной практически любых по габаритам ДВС и оценить при этом работу ДВС в зависимости от параметров воздушной ударной волны.
Важно отметить, что в настоящее время вообще отсутствуют какие-либо устройства, которые позволяли бы оценить работу ДВС в условиях разрежения. Также существенно важным свойством объекта является то обстоятельство, что воздушная ударная волна создается, главным образом, за счет потенциальной энергии предварительно сжатого воздуха. Взрыв детонатора небольшой мощности использован только для разрушения диафрагмы, отделяющей камеру со сжатым воздухом от ударной трубы. Это значительно повышает безопасность устройства.
Заявителем не выявлены источники информации, в которых содержались бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат.
Указанное новое свойство объекта обусловливает, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «изобретательский уровень».
Для изготовления устройства использованы обычные конструкционные материалы и заводское оборудование. Это обстоятельство, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о том, что данное изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».