ГЕНЕРАТОР УДАРНЫХ ВОЛН

Полезная модель относится к оборудованию для генерирования ударных волн, создаваемых сфокусированными пульсациями среды в высокоскоростной струе и может быть использована в областях, где возникает необходимость в применении регулируемых ударных волн в открытом пространстве, в замкнутых и полузамкнутых объемах, например, в камерах сгорания детонационных двигателей.
Известен генератор фокусированных ударных волн, содержащий однозеркальный рефлектор, электроразрядный излучатель, емкостный накопитель и управляемый разрядник.
В процессе работы генератора фокусированных ударных волн формирование ударной волны происходит за счет расширения плазмы, образующейся в результате электрического пробоя паров электролита. Фокусировка ударной волны выполняется с помощью рефлектора.
(см. патент РФ №2000086, кл. B06B 1/20, A61B 17/22, 1992 г.)
В результате анализа известного генератора необходимо отметить, что в его конструкции присутствуют локальные области с высокой температурой, которые приводят, при продолжительной работе к нагреву всего устройства и изменению в связи с этим его характеристик, т.е. накладываются значительные ограничения на продолжительность его использования.
Известен электромагнитный генератор фокусированных ударных волн, содержащий корпус индуктора, на котором размещена плоская спиральная катушка, соединенная с металлической втулкой. Генератор также содержит металлическую мембрану, расположенную параллельно катушке и установленную между ними изолирующую прокладку. В корпусе установлен с возможностью осевого перемещения полый шток, на котором расположена акустическая линза. Корпус генератора закрыт акустически прозрачной мембраной и заполнен средой (например, жидкостью).
В процессе работы генератора формирование ударной волны происходит за счет фокусирования акустической линзой акустического импульса, возникающего в жидкости в результате ускорения мембраны, которое происходит вследствие эффекта отталкивания мембраны и катушки.
(см. патент СССР на изобретение №1817691, кл. A61A 17/22, B06B 1/20, 1992 г.) - наиболее близкий аналог.
Известный электромагнитный генератор фокусированных ударных имеет конструктивный недостаток: шток расположен в области фокусировки акустической линзы, что сокращает площадь ее рабочей поверхности, а, следовательно, приводит к снижению КПД, уменьшению значения максимальной мощности, а также снижает диапазон регулирования значений ударных волн.
Технический результат полезной модели заключается в повышении КПД генератора, а также расширении диапазона регулирования значений ударных волн, в том числе, за счет обеспечения возможности регулирования как амплитудно-частотных характеристик излучения, так и интенсивности ударных волн, причем независимым друг от друга образом.
Указанный технический результат достигается тем, что в генераторе ударных волн, содержащем полый корпус, рефлектор, а также диафрагму, новым является то, что диафрагма закреплена на торце корпуса, в котором установлен ресивер, к полости ресивера подведены газоходы, а на торце ресивера установлена гильза, в которой имеются щелевые отверстия, в гильзе и ресивере с возможностью осевого перемещения установлена трубка, к торцу корпуса прикреплена втулка, а к торцу втулки стакан, в полости которого размещен рефлектор, в дне стакана выполнено резьбовое отверстие, причем полости втулки и стакана образуют резонирующую полость, при этом генератор оснащен механизмом регулирования объема резонирующей полости, выполненным в виде установленного с возможностью перемещения в полости стакана поршня, скрепленного со штоком, ввинченным в резьбовое отверстие стакана и оснащенным элементом его вращения.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен генератор ударных волн, осевой разрез.
Генератор ударных волн содержит полый корпус 1 цилиндрической формы. На одном из торцов корпуса установлена втулка 2, к торцу втулки прикреплен стакан 3, в дне которого выполнено осевое резьбовое отверстие. Установка втулки 2 на корпус 1 и стакана 3 на втулку 2 может быть осуществлена различным известным образом, например, посредством резьбового соединения. Полости втулки 2 и стакана 3 образуют резонирующую полость «A». В полости корпуса 1 расположен ресивер 4. В корпусе 1 выполнены радиальные отверстия, через которые пропущены газоходы 5, подведенные к полости ресивера 4. Для обеспечения герметичности в радиальных отверстиях установлены уплотнительные втулки 6. На одном из торцов корпуса 1 размещена диафрагма 7, имеющая осевое отверстие. Диафрагма 7 зафиксирована на корпусе 1, например, посредством втулки 2. Как уже было отмечено выше, втулка 2 может иметь резьбу, навинчиваемую на резьбовую часть корпуса 1.
К торцу ресивера 4 присоединена гильза 8, в которой выполнены щелевые отверстия 9. Установка гильзы 8 на ресивере 4 может быть осуществлена различным известным образом, например, посредством резьбового соединения. Щелевые отверстия расположены в области диафрагмы.
В полости ресивера 4 и гильзы 8 с возможностью осевого перемещения установлена трубка 10. Обеспечение герметизации в местах соединения трубки 10 с ресивером 4 и гильзой 8 может быть осуществлено различным известным образом, например, за счет радиальных уплотнений (не показаны).
Узел, состоящий из ресивера 4, гильзы 8 и трубки 10, смонтирован в полости корпуса 1 на опорном кольце 11. В опорном кольце 11 выполнены осевые каналы 12.
Генератор ударных волн оснащен механизмом регулирования объема резонирующей полости «A», выполненным в виде штока 13, с резьбой по его наружной поверхности. Шток ввинчен в резьбовое отверстие стакана 3. На одном из торцов штока закреплен поршень 14, размещенный в стакане, а на другом конце штока - элемент его вращения (например, рукоятка) 15.
Уплотнительные втулки 6 опираются на разделительные шайбы 16.
В резонирующей полости «A» смонтирован рефлектор 17, установленный в проточке стакана 3 и зафиксированный торцевой поверхностью втулки 2. В рефлекторе 17 выполнены осевые каналы 18.
Генератор ударных волн работает следующим образом.
Генератор обладает характеристикой - зависимостью параметров (частота и интенсивность ударных волн) от давления подаваемой рабочей среды, от расстояния h между торцом трубки 10, расположенным в резонирующей полости «A», и фокусом рефлектора 17, определяющего величину интенсивности ударных волн, и от вылета штока 13 (см. фиг.), определяющего величину объема резонирующей полости «A». По этой характеристике, зная требуемые параметры ударных волн, определяется необходимая величина давления подачи рабочей среды, расстояние h между торцом трубки 10 и фокусом рефлектора, характеризующая значение интенсивности ударных волн, и вылет штока 13, определяющий объем резонирующей полости «A». Определение данных параметров осуществляется по известным методикам и не представляет сложностей для специалистов.
Перемещением поршня 14 регулируется объем резонирующей полости «A», что влияет на амплитудно-частотные характеристики устройства. Например, с уменьшением объема резонирующей полости «A», частота акустических пульсаций, а, следовательно, и частота возникновения ударных волн увеличивается за счет более быстрого наполнения полости «A» при постоянном расходе рабочей среды.
В процессе работы генератора через газоходы 5 в ресивер 4 подают под давлением рабочую среду (например, воздух от компрессора), которая через щелевые отверстия 9 гильзы 8 истекает из ресивера 4, образуя струю. Струя натекает на диафрагму 7, которая разделяет поток рабочей среды на две части. Одна часть поступает в полость «A», другая часть попадает в окружающее пространство. Истекающая струя отделяет полость «A» от окружающего пространства, и полость «А» можно считать замкнутой. Так как часть рабочей среды попадает в полость «A», то давление в ней возрастает. Рост давления обусловлен увеличением количества рабочей среды при постоянном объеме. За счет того, что давление с одной стороны струи (со стороны полости «A») больше, чем давление с другой стороны (со стороны окружающей среды), струя из-за силы, возникающей в результате разности давлений, смещается в сторону окружающей среды. Смещение струи будет происходить до тех пор, пока рабочая среда, вытекающая из кольцевой щели, не прекратит поступать в полость «A», и из полости «A» рабочая среда не начнет эжектироваться и уноситься струей в окружающее пространство. Из-за уноса среды из полости «A» давление в ней начнет уменьшаться и в определенный момент станет ниже, чем давление в окружающем пространстве. За счет того, что давление с одной стороны струи (со стороны полости «A») меньше, чем давление с другой стороны (со стороны окружающей среды), струя, из-за силы, возникающей в результате разности давлений, смещается в сторону полости «A». Смещение струи в сторону полости «A» будет происходить до тех пор, пока давление в ней не станет равным давлению в окружающей среде, после чего, процесс начнет повторяться. За счет описанного повторяющегося колебания струи в резонирующей полости «A» возникают акустически пульсации с определенной основной дискретной частотой, которые фокусируются рефлектором. В фокусе рефлектора 17 формируются ударные волны, которые, распространяясь в среде, частично проникают в полость трубки 10. В зависимости от того на каком расстоянии h от фокуса рефлектора 17 находится торец трубки 10 зависит интенсивность ударных волн, распространяющихся в ее полости. В результате на выходном сечении трубки 10 получают ударные волны заданной частоты и интенсивности.
A
A
A
Частота генерируемых ударных волн зависит от частоты образования акустических пульсаций в резонирующей полости «A», которая в свою очередь зависит от объема (V) полости «A» генератора. Увеличение объема (V) приводит к уменьшению частоты образования ударных волн, т.к. требуется больше времени для наполнения полости «A». И наоборот, уменьшение объема (V) приводит к увеличению частоты образования ударных волн, т.к. требуется меньше времени для наполнения полости «A».
A
A
Управление частотными характеристиками генератора происходит за счет регулирования объема (V) полости «A» генератора. Регулирование объема (V) осуществляется осевым перемещением поршня 14 в стакане 3. При вращении рукоятки 15 происходит поступательное перемещение штока 13, который, в свою очередь перемещает поршень 14. Таким образом, обеспечение возможности регулирования объема полости «A», обеспечивает возможность работы устройства в широких диапазонах частотных характеристик.
Интенсивность возбуждаемых ударных волн зависит от расстояния h между торцом трубки 10 и фокусом рефлектора 17. Если величина h равна нулю, то интенсивность ударных волн максимальна. При поступательном перемещении трубки 10 в сторону рефлектора, т.е. смещения входного сечения трубки 10 от фокуса рефлектора 17, происходит уменьшение интенсивности ударных волн, распространяющихся в полости трубки 10.