СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПРЕДСТАВИТЕЛЬНЫХ ПРОБ ЦЕЛЕВОГО АЭРОЗОЛЯ
METHOD OF MAKING REPRESENTATIVE SPECIMENS OF TARGET AEROSOL

Предложенное изобретение относится к области исследования физико-химических материалов путем подготовки и получения проб функционального аэрозоля для изменения атмосферных условий.
Способ реализуется в метеорологическом стенде для определения эффективности льдообразующего действия активных аэрозолей, полученных при сжигании пироэлементов натурных противоградовых изделий, в водной среде переохлажденного тумана.
Уровень данной области техники характеризует способ формирования представительных проб аэрозолей по изобретению SU №495628, G01N 1/00; A01G 15/00, 1976 г., который по технической сущности и числу совпадающих признаков выбран в качестве наиболее близкого аналога предложенному способу.
Известный способ формирования представительных проб аэрозолей, гигроскопические частицы которого служат для концентрации атмосферной влаги, включает последовательное проведение следующих операций:
- сжигание пиротехнического заряда в модельном генераторе, размещенном в аэродинамической трубе, где создают регулируемый поток обдувающего воздуха, аналогичный набегающему потоку при полете реактивного средства доставки заряда к обрабатываемому атмосферному облаку;
- в диффузоре аэродинамической трубы поток воздуха и генерированного аэрозоля тормозят и завихряют посредством дискового перфорированного турбулизатора, чтобы обеспечить их перемешивание для создания однородности среды;
- часть усредненного аэрозольного потока через заборную трубку направляют через капиллярные фильтры в магистраль;
- в магистрали аэрозоль посредством вытяжного насоса разбавляют воздухом до заданной концентрации, после чего пробоотборниками формируют представительные пробы, которые мерно подают в охлажденные климатические камеры, параллельно смонтированные вдоль магистрали;
- в каждой климатической камере предварительно создают водный туман из пара, который дозированно напускают из примыкающих увлажнителей, принудительным перемешиванием с помощью вентилятора;
- после создания в охлажденных климатических камерах водного тумана вентилятор отключают для подачи представительной пробы целевого аэрозоля.
При смешивании целевого аэрозоля с водным туманом в климатических камерах образуются распределенные в объеме центры кристаллизации влаги, которые инициируют льдообразование.
Образующиеся кристаллы льда оседают, в частности, на предметное стекло, затем считают число экспонированных осадков в виде реплик на единицу площади, результаты подсчета математически обрабатывают для количественной оценки эффективности основного действия генерируемого аэрозоля на переохлажденные облака и туман атмосферы.
Недостатком известного способа является низкая достоверность косвенной оценки эффективности целевого аэрозоля из-за того, что его самая активная часть - крупные частицы, которые обеспечивают высокий порог кристаллизации при льдообразовании, имеющие максимальную гигроскопичность, оседает в капиллярных фильтрах, необходимых для вынужденной сепарации коагулянта, образующегося при сжигании пиротехнических зарядов.
В результате происходит искажение фактической эффективности действия целевого аэрозоля в переохлажденных облаках и тумане по назначению, что определяет заведомый перерасход пиротехнических зарядов и средств их доставки, существенно повышая потребительскую стоимость работ по вызыванию осадков из переохлажденных облаков.
Кроме того, известный способ не универсальный, потому что не позволяет достоверно определять эффективность гигроскопического действия генерируемого аэрозоля, дисперсная фаза которого представляет собой твердый сорбент, по каплеобразованию в переохлажденных облаках и тумане, чем снижается его функциональность.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является расширение технологических возможностей способа при повышении функциональной надежности работ по более точному определению фактической эффективности действия целевого аэрозоля на изменение метеорологических условий.
3
Требуемый технический результат достигается тем, что по известному способу формирования представительных проб целевого аэрозоля, который образуется при сжигании пиротехнического заряда в аэродинамической трубе, где в диффузоре генерируемый аэрозольный поток тормозят, совмещая с турбулизацией, после чего усредненный аэрозольный поток направляют в магистраль для дозированной подачи в охлажденные климатические камеры, в которых предварительно создают водный туман принудительной циркуляцией мерно напускаемого пара, формируя затем при смешивании с аэрозолем распределенные активные центры концентрации влаги, экспонируемые на предметном стекле в форме локальных осадков, по числу которых судят об эффективности целевого аэрозоля, согласно изобретению, целевой аэрозоль создают путем возгонки льдообразующего реагента, преимущественно йодида серебра, или термохимической деструкцией перхлората/перйодата калия с образованием мелкодисперсного адсорбента, который подают непосредственно в магистраль, а водный туман в климатических камерах создают с водностью 0,5-1 г/м при температуре на 2-5°С ниже заданной технологической температуры и выдерживают в течение 5-10 минут до достижения температуры минус 3, 6 и 10°С для льдообразования или в диапазоне от 20 до минус 2°С для формирования капель воды на предметном стекле, причем пар в охлажденные климатические камеры напускают в течение 15-20 с, после чего на 2-3 с включают вентилятор для образования однородного водного тумана.
Отличительные признаки обеспечили расширение технологических возможностей способа более качественной и точной оценки воздействия на переохлажденные облака генерируемых целевых аэрозолей как по льдообразованию, так и по концентрированию содержащейся в них влаги в форме капель, при этом повышается достоверность косвенного раздельного определения эффективности гигроскопического конденсирующего действия генерируемых аэрозолей разного назначения в переохлажденных облаках, дифференцированная при отрицательных и положительных температурах, в соответствии с реальным распределением температуры по высоте атмосферных облаков и тумана.
Изобретение позволяет оперативно и объективно оценить при моделировании реального метеорологического процесса в атмосфере эффективность модернизированного и вновь разработанного целевого пиротехнического наполнения специализированных ракет и реактивных снарядов без предварительных стрельб, что значительно сокращает затраты на испытания при постановке изделий на эксплуатацию по назначению.
При этом стало возможным количественно определять необходимую массу реагентов и веществ пиротехнического снаряжения для образования заданного количества активных центров концентрации влаги в разных переохлажденных облаках и тумане, для эффективного капле- и льдообразования в них с выпадением осадков.
Изобретение повышает эффективность активного изменения метеорологических условий в форме предотвращения градобития или целенаправленного осаждения дождя из переохлажденных облаков.
Учитывая, что при сжигании современных пиротехнических составов образуется высокодисперсная система, которая в атмосфере произвольно не коагулирует, надобность в промежуточных капиллярных фильтрах испытательного стенда отпала, поэтому генерируемый целевой аэрозоль в предложенном способе направляют из диффузора аэродинамической трубы непосредственно в магистраль для распределения по климатическим камерам, что обеспечивает достоверность практических исследований.
При сжигании пиротехнического заряда, в составе которого содержится йодид серебра, происходит возгонка последнего с выходом в аэрозоль активного льдообразующего реагента, распределенного в объеме, взаимодействие которого с переохлажденным водным туманом формирует кристаллы льда, выпадающие в форме осадков.
При сжигании пиротехнического заряда, в составе которого содержится перхлорат или перйодат калия, в результате термохимической деструкции образуются соответственно KCl или KJ - активные сорбирующие вещества, поглощающие влагу из водного тумана с образованием капель, которые, достигая критической массы, осаждаются в виде водного конденсата.
3
Выбранный диапазон водности переохлажденного тумана 0,5-1 г/м определяет минимальное содержание распределенной влаги в атмосферных переохлажденных облаках и тумане, при которой активно происходит конденсация структурной влаги до гарантированного выпадения осадков, происходящего в результате обработки функциональным аэрозолем.
В климатических камерах устанавливают температуру на 2-5°C ниже заданных технологических (минус 3, 6 и 10°C), которые при введении порции генерированного аэрозоля достигаются автоматически.
При этом одновременно в параллельных климатических камерах получают суммарную информацию по эффективности действия генерированного целевого аэрозоля по всему срезу переохлажденного облака.
Время 15-20 с напуска пара, который в течение 2-3 с принудительно перемешивают в климатической камере вентилятором, определено экспериментально как минимально достаточное для создания необходимого содержания влаги в формируемом водном тумане, которое соответствует содержанию влаги в атмосферных облаках, подлежащих обработке целевым аэрозолем.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущей признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где схематично изображено:
на фиг.1 - испытательный стенд для формирования представительных проб целевого аэрозоля;
на фиг.2 - вид А на фиг.1, климатическая камера.
Стенд для формирования функционального аэрозоля, включающего распределенные активные центры конденсации влаги, содержит (фиг.1): испытательный макет 1, несущий пиротехнический заряд 2, которые установлены в аэродинамической трубе 3.
В выходном диффузоре 4 аэродинамической трубы 3 смонтирован дисковый перфорированный турбулизатор 5, за которым расположена заборная трубка 6 подачи усредненного аэрозоля непосредственно в магистраль 7.
Магистраль 7 снабжена воздушным разбавителем 8 концентрации аэрозоля и вытяжным насосом 9 с противоположного конца.
К магистрали 7 автономно подсоединены через пробоотборники 10 три (минимум) параллельных гигростата 11, каждый из которых включает (фиг.2): климатическую камеру 12, средство 13 принудительного циркулирования атмосферы камеры 12 (вентилятор) и внешний увлажнитель 14, выполненный в виде парообразователя.
Климатическая камера 12 термоизолирована прослойкой 15 и оснащена холодильным агрегатом 16, содержащим конденсатор 17, подключенный через компрессор 18 к электродвигателю 19, связанному с источником питания через реле 20, которое управляется термодатчиком 21, установленным на испарителе 22, который помещен в камере 12.
Испаритель 22 замкнут на компрессор 18 и конденсатор 17 холодильного агрегата 16.
Парообразователи 14 посредством запорного клапана 23 связаны с климатическими камерами 12.
Запорный клапан 23 управляется таймером 24, который установлен параллельно обмотке электромагнита 25, выполняющего функции привода возвратно-поступательных перемещений клапана 23.
Запорный клапан 23 шарнирно связан с сердечником 26 электромагнита 25, подключенного к источнику питания через таймер 24.
Каждый пробоотборник 10 выполнен в форме насоса, посредством перепускных клапанов 27 и 28 подсоединенного к магистрали 7 и камере 12 соответственно.
В камере 12 выполнено смотровое окно 29 и установлен источник 30 света, луч которого направлен над предметным стеклом 31.
Способ по изобретению осуществляют следующим образом.
Для подготовки испытаний включают электронагреватели воды в парообразователях 14 и холодильный агрегат 16 камер 12, при этом устанавливают в каждой из них температуру срабатывания термодатчиков 21 и время на таймерах 24.
После охлаждения камер 12 до температуры на 2-5°C ниже требуемых по условиям испытаний включают продувку аэродинамической трубы 3, насос 9, и электроинициирование воспламенения пиротехнического заряда 2, установленного в макете 1.
При горении заряда 2 генерируется функциональный аэрозоль, который посредством дискового перфорированного турбулизатора 5 перемешивается с нагнетаемым в трубу 3 воздухом и тормозится в ее диффузоре 4.
Целевой аэрозоль альтернативно содержит йодид серебра - активный льдообразователь или сорбенты воды: KCl и KJ.
Усредненный поток аэрозоля посредством вытяжного насоса 9 подается в магистраль 7, где разбавляется воздухом до необходимой концентрации от разбавителя 8.
После этого подключают питание к электромагнитам 25, сердечники 26 которых автоматически втягиваются и открывают запорный клапан 23 для прохода пара из увлажнителя 14 на время срабатывания таймера 24 в течение 15-20 с.
3
Для принудительной циркуляции порции пара в камерах 12 включают вентиляторы 13 на 2-3 с для образования однородного тумана, водность которого составляет 0,5-1 г/м.
Затем посредством пробоотборников 10 из магистрали 7 дозированно подают аэрозоль в охлажденные камеры 12, где он перемешивается и взаимодействует с приготовленным водным туманом.
Через время выдержки 5-10 минут в камерах 12 устанавливается заданная температура минус 3, 6 и 10°C для льдообразования или от плюс 20°C до минус 2°C для формирования капель воды, которые выпадают в виде осадков, в частности, на предметное стекло 31.
Для визуального наблюдения через окно 29 камер 12 процесса осаждения кристаллов льда или капель воды включают источник 30 света, в луче которого они хорошо различимы.
После завершения испытания из камер 12 извлекают предметные стекла 31, которые помещают под микроскоп для подсчета числа экспонированных осадков в виде реплик и оценки эффективности действия целевого аэрозоля на переохлажденный водный туман по формулам и таблицам пересчета.
Далее с помощью вытяжного вентилятора 9 камеры 12 продувают воздухом, подготавливая их к следующим испытаниям.
Опытная проверка предложенного способа показала заметное повышение точности количественной и качественной оценки действия различных аэрозолей на разную климатическую среду, создаваемую в параллельно и автономно действующих камерах, что повышает мобильность и объективность макетных предполетных испытаний в атмосфере.
Проведенный сопоставительный анализ предложенного технического решения с выявленными аналогами уровня техники, из которого изобретение явным образом не следует для специалиста по метеорологическим воздействиям на атмосферу, показал, что оно неизвестно, а с учетом возможности практической реализации способа в действующем испытательном стенде для серийных работ, можно сделать вывод о соответствии его критериям патентоспособности.