ГЕНЕРАТОР АЭРОЗОЛЯ
SPRAY GENERATOR

Изобретение относится к средствам маскировки с применением пиротехнических дымовых составов, а более конкретно к переносным дымовым шашкам, предназначенным для постановки дымовых завес.
Уровень данной области техники характеризует генератор дыма, содержащий пиротехническую шашку, размещенную в цилиндрическом корпусе с крышкой, в которой выполнены распределенные по периферии выходные отверстия и закреплен центральный воспламенитель (см., например, книгу А.А.Шидловский, Основы пиротехники, М., «Машиностроение», 1977 г., с.243-244).
Дымообразующая шашка выполнена из пиротехническогого дымового состава, содержащего (мас.%): 20-30 хлората калия, 50 хлористого аммония, 20 антрацена и до 10 угля древесного.
Большое содержание малоактивного хлористого аммония обеспечивает составу сравнительно низкую чувствительность к механическим воздействиям.
Кислородный баланс этого пиротехнического состава резко отрицательный, а газовая фаза, образующаяся при горении, содержит значительное количество монооксида углерода и легковоспламеняющихся паров антрацена, что вынуждает поместить между шашкой и выходными отверстиями пористый фильтр-охладитель.
Однако, несмотря на принимаемые меры предосторожности, равномерность горения функционального заряда нарушается из-за пламенного горения, что резко снижает количество дыма, который приобретает сероватый оттенок, снижая эффективность дымовой завесы.
Другим недостатком этого генератора дыма является то, что вертикальная направленность струйных потоков из выходных отверстий крышки поднимает продукты горения функциональной шашки на высоту, образуя в дымовой завесе пустующую арку, чем снижает ее маскирующие свойства.
Более совершенной конструкцией является генератор аэрозоля, описанный в патенте RU 2205671 C1, A62C 3/02, 2002 г., который по числу совпадающий признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному.
Известный генератор содержит помещенную коаксиально в цилиндрическом корпусе через теплоизолированную прослойку строительного гипса (отверждающегося материала) пиротехническую шашку торцевого горения, на боковой поверхности которой равно распределены выходные отверстия.
Над функциональной шашкой, через объем камеры сгорания, размещен блок охлаждения в форме газопроницаемого фильтрующего слоя, в котором закреплена центральная огнепередаточная трубка, несущая воспламенитель.
Осевой воспламенитель посредством шлейфов электрически связан с внешним пусковым устройством.
Блок охлаждения примыкает к ресиверу, перекрытому сверху сгорающей алюминиевой мембраной, которая в служебном обращении и хранении генератора предотвращает доступ кислорода воздуха к пиротехническому составу шашки и воспламенителю.
Компоненты пиротехнического состава содержатся в наиболее предпочтительном соотношении, мас.%: 70 калия азотнокислого - окислителя, 11 идитола горючего связующего и 19 охлаждающего дициандиамида, который выполняет функции пламягасителя.
В известном генераторе аэрозоля происходит эффективное охлаждение генерируемого аэрозоля, который распределенными струйными потоками из боковых отверстий выпуклой крышки распространяется горизонтально окрест, формируя сплошное облако.
Продолжением достоинств известного генератора являются присущие недостатки.
Так, из-за вынужденного размещения в генераторе над функциональной шашкой объемных блока охлаждения и ресивера его полезное снаряжение заметно уменьшено, что соответственно снижает выход дыма.
Конструктивное удаленное расположение воспламенителя от пиротехнической шашки, с учетом свободного объема камеры сгорания, вынуждает применять в качестве воспламенителя мощное пиропороховое устройство для формирования высокотемпературного форса пламени, что небезопасно.
Кроме того, проходное сечение выходных отверстий в выпуклой крышке не оптимизировано для достижения максимальной эффективности действия генератора по назначению.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение является повышение функциональной надежности генератора дыма простой конструкции, обеспечивающей высокоэффективное действие по назначению
Требуемый технический результат достигается тем, что в известном генераторе аэрозоля, содержащем цилиндрический корпус, в котором помещены через теплоизолирующую прослойку функциональная пиротехническая шашка торцевого горения, сообщающаяся с воспламенителем, связанным с внешним устройством запуска, и газопроницаемый охладитель, а также камеру сгорания и выпуклую крышку, на боковой поверхности которой распределены выходные отверстия, согласно изобретению, в открытом торце дымообразующей шашки из шлакующегося при горении пиротехнического состава выполнена центральная форкамера, где с гарантированным кольцевым зазором укреплен электровоспламенительный пироэлемент, а камера сгорания расположена непосредственно под крышкой, суммарное проходное сечение выходных отверстий которой составляет 0,05-0,10 площади поверхности горения дымообразующей шашки.
Другой особенностью предложенного генератора является то, что, кроме простейшего выполнения теплоизолирующей прослойки из катанной бумаги, она может альтернативно изготавливаться из технологически отверждающегося материала (пенобетона, строительного гипса), который дополнительно выполняет несущие функции, упрочняя конструкцию.
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили практически мгновенную постановку оптически плотной сплошной приземной дымовой завесы, пригодной для скрытого перемещения техники и людей в течение протяженного времени (7-8 минут).
Использование шлакующегося при горении пиротехнического состава функциональной шашки упростило конструкцию за счет исключения специального газопроницаемого слоя блока охлаждения, который автоматически формируется из спекшегося коксового остатка в форме сотовой конструкции во всем объеме сгорающего заряда, адекватно увеличивающийся в процессе горения пиротехнической шашки.
При этом крупные частицы конденсированной фазы задерживаются внутри шлакового остатка, где они догорают, предотвращая возникновение пламени в камере сгорания и возможный выброс его из генератора, когда резко снижается оптическая плотность дымовой завесы.
Высвободившийся объем корпуса заполнен дополнительной массой пиротехнического состава функциональной шашки, размещенной непосредственно под крышкой через камеру сгорания, чем увеличивается полезная нагрузка генератора и эффективность его действия по назначению.
Выполнение шашки из шлакующегося при горении пиротехнического состава (преимущественно нашатырно-антраценового) обеспечивает его физическое и функциональное совмещение с газопроницаемым слоем, который представляет собой спекшуюся сотовую конструкцию из кокса и служит пористым фильтром и охладителем генерируемого дыма.
Пористый слой охлаждающего фильтра формируется над поверхностью торцевого горения шашки, в котором происходит полное догорание продуктов термодеструкции компонентов пиротехнического состава, исключая образование пламени в струях выбрасываемого дыма.
Размещение камеры сгорания непосредственно под выпуклой крышкой образует свободный объем корпуса генератора между пиротехнической шашкой и выходными отверстиями выпуклой крышки, где происходит перемешивание потоков генерируемого аэрозоля, выравнивание температуры и давления газообразных продуктов горения пиротехнического состава, которые распределенными горизонтальными струями выбрасываются вокруг генератора, образуя плотную дымовую завесу.
Распределение выходных отверстий на боковой поверхности выпуклой крышки обеспечивает выброс оптически высококачественного дыма горизонтальными струями во всех направлениях, распадающимися вблизи генератора, что создает сплошную устойчивую дымовую завесу, приземную и без арочного эффекта.
Выполнение воспламенителя в виде компактного электровоспламенительного пироэлемента позволило разместить его непосредственно на поверхности горения шашки, что повышает функциональную надежность ее инициирования и заметно сокращает габариты генератора.
Резистивный мостик накаливания, залитый термочувствительным составом, от импульса с внешнего устройства запуска генерирует тепловую энергию, надежно инициирующую воспламенение пироэлемента.
Размещение пироэлемента с гарантированным кольцевым зазором в форкамере пиротехнической шашки обеспечивает условия надежного ее инициирования и стабильного горения с торцевой поверхности.
Свободный объем камеры сгорания под крышкой необходим для дополнительного дожигания продуктов термохимических превращений компонентов пиротехнического состава шашки в условиях турбулизации газовых потоков при повышенном давлении накопившихся в ней продуктов горения.
Соотношение суммарного проходного сечения выходных отверстий и площади торцевого горения функциональной шашки экспериментально выбрано из условий, с одной стороны, для сохранения в динамике работы механической прочности и целостности конструкции и, с другой стороны, для создания минимально необходимого давления в генераторе, обеспечивающего стабильное горение пиротехнического состава функционального заряда в течение всего продолжительного времени действия по назначению.
При суммарной площади проходного сечения выходных отверстий меньше 0,05 площади торцевого горения шашки внутри генератора растет давление, которое может послужить причиной недопустимого нарушения сплошности корпуса и разрушения генератора. В усилении конструкции генератора нет необходимости, так как функциональных преимуществ (повышения удельного выхода дыма, улучшения оптической плотности завесы) при этом не происходит.
При суммарной площади проходного сечения выходных отверстий больше 0,10 площади торцевого горения шашки степень диафрагмирования генерируемого дыма является недостаточной для динамичной постановки сплошной плотной завесы дыма, которая необходима по тактико-техническим требованиям для скрытного перемещения техники и людей.
Учитывая, что предложенный генератор предназначен для кинопроизводства, где работают люди, не приспособленные к экстремальным условиям существования, экологические показатели завесы имеют принципиальное значение.
Экспериментальные исследования дымовой завесы, формируемой предложенным генератором, показали, что по экологическим показателям он практически адекватен природному туману.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность в устойчивой взаимосвязи являются достаточными для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решается не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность изобретения поясняется чертежом, который имеет чисто иллюстративную цель и не ограничивает объемы притязаний совокупности признаков формулы. На чертеже изображен предлагаемый генератор аэрозоля.
Дымообразующая шашка 1 торцевого горения из пиротехнического состава, преимущественно нашатырно-антраценового, посредством теплозащитного слоя 2 из катанной бумаги или из отверждающегося материала (пенобетона, строительного гипса) закреплена в цилиндрическом корпусе 3.
Корпус 3 закрыт выпуклой крышкой 4, которая посредством вкладышей 5, опирающихся на шашку 1, формирует камеру 6 сгорания.
На боковой поверхности выпуклой крышки 4 равно распределены выходные отверстия 7, суммарное проходное сечение которых составляет 0,05-0,10 площади открытой торцевой поверхности шашки 1, что определяет степень диафрагмирования генерируемого при горении шашки 1 дыма.
На открытом торце шашки 1 выполнена центральная форкамера 8, где с гарантированным кольцевым зазором установлен электровоспламенительный пироэлемент 9, который представляет собой залитый клеящим термочувствительным составом резисторный мостик накаливания (условно не показан), подсоединенный шлейфами 10 через разъем 11 в корпусе 3 с внешним пусковым устройством.
Клеящий воспламенительный состав пироэлемента 9 может быть выполнен из практически используемой для этой цели смеси калиевой селитры и синтетической смолы (эпоксидной или фенолформальдегидной) в массовом соотношении 60/40.
Особенностью этого генератора является то, что геометрия и габариты шашки 1 при горении заметно не меняются, так как ее шлаковый остаток спекается при горении и формирует пористую структуру объемного блока охлаждения, фильтрующего генерируемый дым.
В лабиринтных порах блока охлаждения задерживаются крупные раскаленные частицы конденсированной фазы, которые догорают внутри и не выбрасываются в свободный объем корпуса 3 под крышкой 4, где при этом не возникает пламенное горение, в результате чего резко падают показатели назначения дыма, в частности, его оптическая плотность.
Таким образом, блок охлаждения является структурным реакционным элементом, совмещенным с пиротехнической шашкой 1, образующимся из коксового остатка шлакующегося при горении нашатырно-антраценового ее состава.
Испытания опытных образцов генераторов по предложенному изобретению подтвердили надежность и эффективность функционирования, обеспечив динамичную постановку оптически плотной дымовой завесы, существующей в приземном слое значительно более, чем у аналогов, продолжительное время.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого явным образом изобретение не следует, для пиротехника, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности промышленного серийного изготовления дымовых генераторов можно сделать вывод о соответствии критериям патентоспособности.