УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТУШЕНИЯ ОГНЯ НАГНЕТАНИЕМ ГАЗА, ГЕНЕРИРУЕМОГО ПРИ СГОРАНИИ ПИРОТЕХНИЧЕСКОГО БЛОКА
FIRE EXTINGUISHING DEVICES BY GAS INJECTION GENERATED DURING PYROTECHNIC BLOCK COMBUSTION PYROTECHNIC BLOCK

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к приборам противопожарной защиты, называемым также огнетушителями. В частности, изобретение применяется в стационарных устройствах для тушения огня, которые могут включаться дистанционно.
В частности, настоящее изобретение касается генерирования инертного газа при помощи сжигания пиротехнического состава и распространения этого газа в зоне возгорания с регулируемым расходом; изобретение относится к огнетушителю, содержащему камеру сгорания, систему регулирования и средства распространения в зоне возгорания, в частности, используемому в области авиации.
Уровень техники
В большинстве случаев устройства огнетушения содержат резервуар, содержащий огнетушащее вещество, распространяемое в зоне огня для его тушения, а также для предупреждения его распространения.
Огнетушители с резервуаром для огнетушащего вещества подразделяются на две основные категории. Первая категория относится к приборам с постоянным давлением, в которых газ обеспечивает постоянное давление огнетушащего вещества внутри единого баллона, являющегося одновременно резервуаром для этого газа. Огнетушащее вещество высвобождается через вентиль на выходе указанного баллона. Во второй категории продувочный газ высвобождается только при использовании огнетушителя и выталкивает огнетушащее вещество, которое в данном случае хранится не под давлением.
В качестве примера огнетушителей первого типа можно указать огнетушители, применяемые в настоящее время для тушения пламени в двигателе летательного аппарата. В этих устройствах в качестве огнетушащего вещества используют галон, хранящийся в жидком виде за счет создания повышенного давления в баллоне, используемом в качестве резервуара. В зависимости от требований противопожарной безопасности могут быть установлены два или более огнетушителей. Один или несколько трубопроводов для распространения огнетушащего вещества, соединенных с каждым баллоном, обеспечивают распространение вещества в сторону подлежащей защите зоны или зон. В нижнем конце баллона калиброванная заглушка закрывает распределительный трубопровод, чтобы удерживать галон в баллоне. Устанавливают также датчик давления для непрерывного контроля давления в баллоне. При обнаружении огня срабатывает пиротехнический детонатор: создаваемая этим детонатором ударная волна выталкивает заглушку, что приводит к опорожнению баллона и выталкиванию огнетушащего вещества под действием давления в сторону защищаемых зон через распределительные трубопроводы.
Что касается огнетушителей второй категории, то в них используется отдельное устройство создания давления. Эти противопожарные приборы, как правило, содержат первый резервуар со сжатым газом и второй резервуар для огнетушащего вещества. При использовании прибора содержащийся в первом резервуаре газ через отверстие проходит во второй резервуар, создавая повышенное давление в баллоне с огнетушащим веществом. Иногда первый резервуар со сжатым газом заменяют генератором газа, как описано в документе WO 98/02211. Во всех случаях, когда создается высокое давление огнетушащего вещества, оно распыляется огнетушителями второй категории для тушения пожара, как и в случае приборов первой категории.
Недостатком этих огнетушителей, независимо от их категории, является необходимость постоянного хранения огнетушащего вещества, что требует специальных мероприятий по контролю и проверке, таких как периодическое взвешивание. Для устройств, используемых в качестве бортовых огнетушителей летательных аппаратов и принадлежащих к первой категории, добавляются требования хранения огнетушащего вещества под давлением и, в частности, проблемы, связанные с возможностью микроутечек в этих приборах.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков огнетушителей, в частности, для тушения двигателей самолета с одновременным обеспечением преимуществ.
В этой связи настоящее изобретение касается устройства для тушения огня, в котором в качестве огнетушащего вещества используют инертный газ, который генерируется только в случае необходимости, то есть в момент применения огнетушителя, при сгорании пиротехнического материала, выбираемого соответствующим образом. Таким образом, можно генерировать большое количество инертного газа, состав которого зависит от природы пиротехнического материала; в частности, газ может содержать более 20% азота или более 30% и даже более 40% смеси нейтральных газов, таких как азот, моноксид или диоксид углерода. Предпочтительно генерируемый инертный газ должен содержать в основном азот, учитывая его относительно простое получение при пиротехническом сгорании.
Генерируемый азот нагнетается в зоны, где был обнаружен огонь. Для обеспечения надежного тушения огня инертный газ выталкивается из устройства за счет регулируемого давления, в частности, чтобы подводить количество кислорода в зонах огня по заранее определенному профилю в зависимости от времени, например, согласно почти постоянной ступени концентрации во время промежутка времени, не равного нулю.
Устройство в соответствии с настоящим изобретением содержит пиротехнический газогенератор, связанный со средствами распределения генерируемого газа, являющегося огнетушащим веществом, и со средствами регулирования в них давления.
Предпочтительно газогенератор содержит камеру, содержащую проперголевый блок и пиротехнический запал. Зажигание пиротехнического запала электрическим током обеспечивает, например, воспламенение пропергола, при разложении которого образуется инертный газ.
Предпочтительно устройство огнетушения содержит фильтры, установленные в камере сгорания или в средствах распределения, чтобы сажа и зола, также образующиеся при сгорании пиротехнического состава, не попадали в зону огня.
Предпочтительно устройство содержит средства охлаждения генерируемого газа.
Устройство для тушения огня может содержать разное количество газогенераторов, связанных с теми же средствами распределения. Кроме того, можно использовать несколько пиротехнических материалов разного состава в одной и той же камере.
Параметры средств распределения определяются заранее путем определения давления, под которым инертный газ выталкивается из камеры, непосредственно связанного с напором газа, нагнетаемого в зону огня, и с концентрацией кислорода или другого компонента, требуемой для обрабатываемой зоны. В зависимости от геометрической формы распределительного трубопровода, размеров и вентиляции обрабатываемых зон, учитывая потери напора или форму обрабатываемых зон, специалист может определить необходимое давление. Расчеты могут быть уточнены экспериментальным путем.
Согласно варианту выполнения средства регулирования давления включают в себя, по меньшей мере, один регулировочный вентиль, установленный в средствах распределения, открытие которого происходит во время этапа срабатывания огнетушителя либо по команде извне, либо при повышении давления в камере сгорания. Регулировочный вентиль предпочтительно управляется согласно правилу, заданному и определенному пользователем с использованием, в случае необходимости, информации, поступающей от датчиков, измеряющих, например, концентрацию кислорода в обрабатываемых зонах; это обеспечивает еще более тонкое регулирование давления газа в режиме замкнутого контура.
Открытием вентиля можно управлять дистанционно, при помощи ручного привода или при помощи механизма управления, соединенного со средствами воспламенения пиротехнического состава.
Геометрическая форма блока пиротехнического материала также позволяет генерировать получаемые в результате сгорания газы согласно заранее определенному правилу. Таким образом, средства регулирования могут быть выполнены соответственно или альтернативно в зависимости от различных параметров газогенератора и, в частности, от геометрической формы проперголевого блока, который обеспечивает регулируемое генерирование газа, нагнетаемого в защищаемые зоны.
В этом случае регулировочный вентиль может быть заменен калиброванным отверстием; после срабатывания горение блока пиротехнического материала не требует регулирования и калиброванное отверстие позволяет контролировать давление, при котором происходит сгорание пропергола, таким образом, чтобы обеспечить расход вещества, необходимый для обработки инертным газом зон возгорания.
Альтернативно или дополнительно регулирование может быть также обеспечено при помощи других органов регулирования, таких как редуктор, связанный или не связанный с устройством, создающим разность давления (диафрагма, сопло).
Независимо от варианта выполнения средств регулирования, они позволяют оптимизировать продолжительность времени, в течение которого концентрация инертного вещества приводит, например, к уровню содержания кислорода, меньшему 12%, в рассматриваемых зонах огня. Таким образом, можно также создавать пульсирующую концентрацию переменного вида и точно контролировать продолжительность и уровень защиты рассматриваемой зоны.
Согласно варианту изобретения огнетушитель может приводиться в действие оператором дистанционно. Он может также проводиться в действие напрямую при помощи устройства зажигания, получающего информацию от датчика, который обнаруживает наличие условий для возгорания. Чтобы избежать несвоевременного срабатывания, в частности, во время операций обслуживания, устройство может быть оборудовано средствами нейтрализации.
Устройство для тушения огня в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно используют в самолетах, в частности в турбореактивных двигателях, где оно позволяет отказаться от галогеносодержащих огнетушащих веществ, используемых в настоящее время.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет более очевидно из рассмотрения прилагаемых фигур и чертежей, которые представлены в качестве примера и ни в коем случае не являются ограничительными.
Фиг.1 - вид устройства тушения огня в соответствии с одним из вариантов выполнения настоящего изобретения.
Фиг.2 - вид альтернативного варианта устройства тушения огня в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.3 - вид другого варианта выполнения огнетушителя в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.4 - схема монтажа на борту самолета устройства тушения огня в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.5А и В - кривые изменения концентрации кислорода в двух зонах возгорания, оборудованных устройством тушения огня в соответствии с настоящим изобретением.
Осуществление изобретения
Как показано на фиг.1, устройство для тушения огня или огнетушитель 1 содержит генератор 2 инертного газа, связанный со средствами 4 распределения газа. Средства 4 распределения газа могут быть выполнены в виде трубопровода, достаточно длинного, чтобы доходить до зоны 6 возгорания, или могут быть соединены с любым известным распределительным устройством 8, таким как разветвленный трубопровод.
Газогенератор 2 содержит камеру 10 сгорания, например, цилиндрической формы, в которую устанавливают пиротехнический патрон 12, в основном состоящий из пропергола. Сгорание пропергола, инициируемое устройством 14 зажигания, приводит к образованию инертного газа, поступающего в средства 4 распределения через выпускное отверстие 16.
Инертный газ, в основном состоящий из азота и/или оксида углерода, получаемый разложением при сгорании пиротехнических составов, находится при высокой температуре, и может оказаться необходимым его быстрое охлаждение перед подачей в зоны возгорания. В связи с этим могут быть предусмотрены средства охлаждения, например «активный» фильтр, то есть химическое соединение, помещаемое внутри или снаружи камеры 10 сгорания и поглощающее часть тепла от горения, или металлический фильтр. Кроме того, может оказаться необходимым установить химические и/или механические фильтры для отфильтровывания сажи.
Эти различные фильтры могут быть установлены перед и/или за газовыпуксным отверстием 16, в камере 10 сгорания или в средствах 4 распределения.
Предпочтительно выпускное отверстие 16 камеры 10 сгорания может закрываться запорным устройством 20, чтобы изолировать пропергол от внешней окружающей среды до момента его использования. В частности, запорное устройство 20 может быть выполнено в виде калиброванной крышки, то есть мембраны, которая разрывается или открывается после воспламенения, как только давление внутри камеры 10 сгорания достигает определенного порога.
Предпочтительно давление внутри камеры 10 равно атмосферному давлению, когда устройство 1 огнетушения не используется. Как только срабатывает устройство 14 зажигания, проперголевый блок 12 начинает гореть и создавать давление в камере 10. Устройство 14 зажигания может быть любым известным устройством. Его можно приводить в действие вручную путем непосредственного воздействия на устройство 14.
Предпочтительно устройство 14 зажигания приводится в действие дистанционно при помощи цепи 22 управления, которая может быть соединена с блоком 24 управления. Предпочтительно сигнал 26, поступающий от датчика автоматической пожарной сигнализации, может быть использован как сигнал автоматического включения через блок 24 управления. В случае автоматического срабатывания предпочтительно предусматривать устройство 28 нейтрализации средства 22 управления. Можно также предусмотреть устройство 30 ручного включения на корпусе блока 24 управления и/или на устройстве 14 зажигания.
Для тушения огня необходимо ограничить доступ кислорода в зону 6 возгорания. Для этого газ, генерируемый при горении пиротехнического блока 12 и нагнетаемый распределительным устройством 8, обеспечивает снижение относительной концентрации кислорода. Желательно, чтобы генерируемый газ был инертным и в то же время не загрязняющим окружающую среду или не способствующим коррозии, в частности, в случае зоны 6 возгорания, находящейся в двигателе самолета. Для этого генерируемый газ содержит часть азота в количестве, по меньшей мере, равном 20% и даже 40%, получаемую в результате сгорания пиротехнического состава с высоким содержанием азотосодержащих соединений; можно также соединять азот, например, с диоксидом углерода, чтобы повысить концентрацию нагнетаемого инертного газа и достигать требуемого порога.
2
Например, общеизвестно, что при концентрации кислорода ниже 12% всякое горение прекращается. Можно определить количество газа, предназначенного для нагнетания в зону 6 возгорания, чтобы получить такой уровень O; в случае вентиляции зон возгорания уровень возобновления воздуха учитывают для расчета нагнетаемого газа. Это позволяет определить количество пиротехнического вещества 12, которое необходимо поместить в рассматриваемый огнетушитель.
Чтобы оптимизировать эффективность тушения в огнетушителе 1 в соответствии с настоящим изобретением предусматривают систему регулирования расхода газа на выходе трубопровода 8 в зоне 6 возгорания, то есть средства регулирования давления в распределительных средствах 4. Благодаря такому контролю давления можно свести к минимуму количество пиротехнического материала 12 и/или размер камеры 10, будучи при этом уверенным в успешном тушении огня. Например, средства регулирования давления позволяют получить заранее определенный профиль концентрации кислорода в зоне возгорания в виде ступени в течение промежутка времени, не равного нулю, или в виде пульсирующего профиля; понятно, что для каждого значения концентрации необходимо предусматривать предел погрешности относительно теоретического фиксированного значения ступени. Так, ступень может быть «плато Гаусса» или кривой, заключенной между двумя значениями, различающимися, по меньшей мере, на 10% от значения ступени.
Согласно предпочтительному варианту выполнения запорное устройство 20 газогенератора 2 может быть выполнено в виде регулировочного вентиля, предпочтительно управляемого дистанционно при помощи первых средств 32 управления. Такие регулировочные вентили известны, например, из документов WO 93/25950 или USA-4877051 и доступны в торговой сети.
Первые средства 32 управления могут быть цепью управления, выходящей из блока 24 управления, предпочтительно совпадающей с цепью, используемой для приведения в действие устройства 14 зажигания. Данные, поступающие в блок 24 управления, позволяют изменять вручную или автоматически согласно заранее определенной периодичности или в зависимости от измеренных параметров степень открытия и/или закрытия вентиля 20.
Так, например, можно применять датчик, измеряющий концентрацию кислорода в зоне 6 возгорания: через цепь 34 управления блок 24 может видоизменять сигнал, подаваемый первыми средствами 32 управления, для регулирования открытия вентиля 20.
Устройства 1 огнетушения в соответствии с настоящим изобретением могут быть установлены параллельно и, например, связаны с одним и тем же распределительным устройством 8. Другой вариант выполнения, показанный на фиг.2, предусматривает наличие нескольких генераторов 2а-2е инертного газа внутри одного устройства 1 огнетушения. Блоки 12а-12е пиротехнического материала каждого из этих генераторов могут быть одинаковыми (состав, геометрическая форма, что будет пояснено ниже) или отличаться друг от друга. Устройства 14а-14е зажигания каждого из генераторов 2а-2е могут включаться независимо друг от друга или одновременно. Предпочтительно средства управления позволяют селективно включать зажигание и оптимизировать таким образом число используемых генераторов 2а-2е в зависимости от условий обнаружения и параметров огня или выбирать наиболее подходящий генератор, если проперголевые блоки 12 отличаются друг от друга по своей природе.
В этом варианте выполнения каждый газогенератор 2а, 2b может сообщаться с распределительными средствами 4 через свой собственный трубопровод 4а, 4b, оборудованный регулировочным вентилем 20а, 20b. Можно также предусмотреть только один вентиль 20f, установленный на трубопроводе 4f, сообщающемся с генераторами 2с, 2d, 2e через трубопроводы 4с, 4d, 4e. Точно так же, как и в варианте выполнения, показанном на фиг.1, регулирование может быть осуществлено в открытом или закрытом контуре.
Другой возможностью реализации регулирования давления в соответствии с настоящим изобретением является калибровка блока пиротехнического материала, чтобы создавать давление в камере 10 соответственно определенному профилю. Это давление Р (запорное давление) передается непосредственно и при соблюдении определенных параметров и под контролем на распределительные средства 4 и, следовательно, в зону 6 возгорания.
Действительно, как известно, например, из области ракетной техники, путем правильного выбора состава пропергола и геометрической формы блока можно получать контролируемый расход генерируемого газа и, следовательно, регулируемое давление в камере 10. В этом случае даже при наличии регулировочного вентиля 20 между камерой 10 сгорания и распределительными средствами 4 можно применять только одно простое запорное устройство, такое как калиброванная крышка, и даже соединять напрямую выпускное отверстие 16 с распределительными средствами 4. Пример выполнения такого устройства огнетушения показан на фиг.3.
Предпочтительно выпускное отверстие 16 оборудовано соплом 36, выполненным, если возможно, таким образом, чтобы достигать скорости звука при минимальном сечении сопла 36. Это позволяет изолировать газогенератор 2 от распределительных средств 4; таким образом, колебания давления в распределительном трубопроводе 4 не мешают горению пиротехнического материала 12, что позволяет лучше контролировать параметры.
В частности, можно калибровать блок пиротехнического материала 12 таким образом, чтобы получить расход газа, выходящего из камеры 10 через отверстие 16, равный определенному значению. Средства регулирования давления и, следовательно, расхода инертного вещества в зоне 6 возгорания в этом случае непосредственно встроены в газогенератор 2: простым воздействием на устройство 14 зажигания можно обеспечить этот заранее установленный расход.
Действительно, математические формулы позволяют связать между собой различные параметры (давление, скорость и поверхность горения, расход генерируемого газа и т.д.), чтобы оптимизировать геометрическую форму блока пиротехнического материала, и первоначальные условия для данного пиротехнического материала, чтобы получить в конечном итоге требуемый расход инертного газа. Так, расход газа, образующегося при сгорании пиротехнического материала 12, такого как пропергол, равен
c
c
(1) Q=ρSV,
где Q - расход (кг/с);
3
ρ - объемная масса пропергола (кг/м);
c
2
S - поверхность горения пропергола (м);
c
V - скорость сгорания пропергола (м/с).
c
Следует отметить, что поверхность S зависит от формы блока; в частности, она может меняться во время горения.
c
С другой стороны, скорость сгорания пропергола V зависит от давления внутри камеры сгорания, то есть
c
n
(2) V=a·P,
где а, n - коэффициенты, зависящие от состава пропергола и определенные экспериментальным путем;
Р - запорное давление (Ра) внутри камеры 10 сгорания.
Наконец, расход газа, проходящего через сопло, выражается через
где Р - запорное давление (Ра);
t
2
А - поверхность сопла 36 в горловине (м);
et
1/C - коэффициент расхода (с/м), зависящий от природы генерируемого газа;
d
C - коэффициент, связанный с природой сопла.
et
t
c
Достаточно решить эти уравнения в зависимости от характеристик, свойственных выбранному проперголу (ρ, a, n, C), и требуемых условий нагнетания газа (A, Р, V), чтобы определить геометрию газогенератора, позволяющую обеспечить необходимый профиль расхода в течение необходимого времени.
Устройство в соответствии с настоящим изобретением рекомендуется для использования в самолетах. На фиг.4 схематически показан монтаж в турбореактивном двигателе 40 самолета устройства 1 для тушения пожара в двигателе, которое может срабатывать при обнаружении огня и/или дыма.
3
2
Пример: Применение устройства для тушения огня в двигателе самолета Образование инертного газа, предпочтительно азота с содержанием более 20% и даже более 30% или 40%, получают при сгорании «высокоазотированного» пиротехнического состава. Основными характеристиками, принимаемыми во внимание при выборе пиротехнического состава, являются эффективность с точки зрения выхода газа, плотность материала, температура горения и производные продукты сгорания. Может также учитываться токсичное или коррозийное воздействие дымов, что сразу же заставляет отказаться от некоторых составов. В частности, рекомендуемый состав, используемый для самолетов, является смесью азида натрия и оксида меди (NaN/CuO), которая при сгорании дает 32,5% азота и 20% диоксида углерода. Можно также предусмотреть соединение щелочного нитрата меди и нитрата гуанидина (BCN/NG) для получения газа, содержащего 24,7% N и 16,9% CO.
Для оценки количества нагнетаемого азота принимают во внимание степень вентиляции рассматриваемой(ых) зоны(зон). В качестве примера рассмотрим двигатель 40, показанный на фиг.4, с двумя зонами возгорания А и В, имеющими следующие характеристики:
Объем V (м<sup>3</sup>)
Вентиляция Q<sub>R</sub> (м<sup>3</sup>/с) (расход возобновления воздуха)
Зона А
1,416
0,212
Зона В
0,476
0,285
Как было описано выше, генератор инертного вещества состоит из камеры 10 сгорания, содержащей блок 12 пиротехнического вещества, такого, как было уточнено выше, устройство 14 зажигания и фильтр 18, оборудованной на конце соплом 36, выполненным таким образом, чтобы скорость звука достигалась при минимальном сечении сопла.
Желательно, чтобы покрытие инертной атмосферой зон 6 возгорания происходило за 5 секунд. Часто предпочитают и даже оказываются вынужденными применять другие значения этого времени в силу нормативных требований, и, в частности, в таком случае желательно, чтобы:
- фаза Е тушения («бустерная» фаза: снижение уровня кислорода с 21% (номинальная концентрация кислорода в воздухе по объему) до 11% за 1,5 с;
- фаза М поддержания (фаза «нейтрализации» или «sustainer»): поддержание концентрации кислорода на уровне 11% в течение 3,5 с.
Можно отметить, что во время фазы М поддержания расход азота (или инертного газа) ниже, чем во время фазы Е тушения. Такой двухфазный режим может быть получен различными способами, такими как использование двух разных пиротехнических составов. Предпочтительно, и это будет описано ниже, изменение профиля горения проперголевого блока (геометрическое изменение поверхности горения) позволяет получить такой режим.
R
I
S
R
I
R
I
Изменение во времени концентрации кислорода C(t) в зоне 6 возгорания, схематически показанной на фиг.3, в зависимости от расхода свежего воздуха (возобновление воздуха в зоне) Q, от расхода газа, поступающего из газогенератора и нагнетаемого в зону Q возгорания (эти два компонента удаляются из зоны 6 возгорания при расходе Q=Q+Q), и от значений относительной концентрации кислорода C и C на входе, может быть выражено дифференциальным уравнением
I
откуда (по определению расход генератора не содержит кислорода и C=Q):
R
R
R
S
R
S
В фазе Е тушения необходимо, чтобы за строго определенное время (в примере 1,5 с) была достигнута концентрация кислорода в 11% (по объему). Но C=0,21, и когда t=0, C(t)=C, откуда k=C·(Q-Q)/Q.
Таким образом, мы имеем
R
В фазе М поддержания необходимо, чтобы в течение строго определенного времени (в примере 3,5 с) концентрация кислорода поддерживалась на уровне, близком к уровню, достигнутому во время бустерной фазы, и меньшем минимального уровня, необходимого для горения. Точно так же C=0,21, и в любой момент
M
min
min
R
R
S
C(t)=C=0,11, откуда k=C-(Q·C)/Q.
IM
R
min
R
min
Таким образом, получают количество инертного газа, предназначенного для нагнетания во время этой фазы: Q=(Q/C)·(C-C).
После всех расчетов получают следующие значения объемного расхода инертного газа, предназначенного для нагнетания в зоны возгорания:
Режим
Время (с)
Q<sub>R </sub>(м<sup>3</sup>/c) Зона А
Q<sub>R </sub>(м<sup>3</sup>/с) Зона В
Всего (м<sup>3</sup>/с)
Общий V (м<sup>3</sup>)
Бустер Е
1,5
0,7
0,35
1,05
1,58
Поддержание М
3,5
0,192
0,259
0,45
1,58
3,16
Изменение концентрации кислорода в одной точке для этих двух зон показано на фиг.5А для зоны А и на фиг.5В для зоны В, где горизонтальная прямая показывает уровень концентрации кислорода, которого необходимо достичь, чтобы обезопасить рассматриваемую зону возгорания, то есть 12%.
Понятно, что при помощи устройства огнетушения в соответствии с настоящим изобретением можно было бы управлять расходом инертного вещества таким образом, чтобы получить концентрацию кислорода в зоне возгорания, развивающуюся по заданному профилю, например по пульсирующему профилю.
3
Существует много пиротехнических составов, горение которых приводит к образованию большого количества инертного газа, состоящего в основном из азота и/или диоксида углерода и равного в представленном примере 3,16 м, с одновременным ограничением выхода нежелательных дополнительных соединений (см. выше). Специалисту по проперголу не сложно сделать наиболее подходящий выбор или определить новые составы в зависимости от предусматриваемого применения.
Для примера, представленного в данной заявке, расчеты по размерам будут произведены с проперголом, выбранным исключительно в качестве неограничительного примера и имеющим следующие баллистические характеристики:
Cet=1034 м/с
3
ρ=1600 кг/м
-6
f=l,7·10
n=0,5
при этом выход генерируемого газа на сгоревшую массу при температуре горения 1,2 л/г.
Кроме того, разность расхода между двумя фазами Е и М находится в соотношении 20; однако выпускное отверстие 16 (калиброванное сопло 36) камеры 10 сгорания идентично в обоих случаях. Рабочее давление Р газогенератора 10 тоже будет меняться в соотношении 20.
5
5
Иначе говоря, чтобы избежать чрезмерного снижения давления в камере сгорания во время фазы М поддержания, что помешало бы условиям нагнетания, можно установить рабочее давление для этой фазы, например, в 5 бар (5·10 Па). Для фазы Е тушения давление достигнет в этом случае 100 бар (100·10 Па).
I
cE
з
n
-6
5
0,5
-3
Объемный расход, необходимый для бустерной фазы Е, равен Q=1,05 м/c=1050 л/с, то есть массовый расход газа, выходящего из генератора, равен 875 г/с. Скорость горения пропергола при 100 бар равна V=а·Р=1,7·10·(100·10)=5,4·10 м/с.
Pе
с
cE
2
Толщина пропергола, сгораемого во время этой бустерной фазы Е в течение 1,5 с, равна таким образом Е=8,1 мм. Поверхность горения S определяют из уравнения (1), то есть S=0,1 м.
При определении размеров сопла используют уравнение (3), то есть
t
Im
et
d
d
t
6
2
A=(Q·C)/(P·C), где С=0,99, то есть поверхность прохождения в горловине A=91,4·10 м или диаметр d=10,8 мм.
3
n
-3
2
Im
cM
M
cM
Для фазы М поддержания необходимый объемный расход равен 0,05 м/с или 50 л/с, что дает массовый расход газа, выходящего из генератора Q=42 г/с при давлении 5 бар. Скорость горения равна V=а·Р=1,2·10 м/с, а толщина пропергола, предназначенного для сгорания во время этой фазы в течение 3,5 с, равна Ер=4,2 мм, то есть поверхность горения S=0,022 м.
Поверхности горения, отличающиеся в зависимости от бустерной фазы Е или фазы поддержания М (при соотношении 4,55), могут быть определены разными путями при блоках, горение которых происходит по одной стороне «сигаретно», по нескольким сторонам и т.д. Придаваемая блокам форма зависит от условий производства, от изменения поверхности, а также от способа зажигания. Можно оптимизировать изменение поверхности горения по времени, чтобы получить требуемую формулу расхода.
Как было указано выше, можно также предусмотреть два разных типа пропергола для двух фаз горения.
Представленное выше описание не исключает любых альтернатив, которые может предусмотреть специалист для реализации устройства в соответствии с настоящим изобретением. В частности, между различными представленными вариантами выполнения можно предусмотреть самые различные комбинации. Понятно, например, что вместо корпуса управления 24 можно предусмотреть отдельные датчики и средства управления для каждого устройства. Точно так же для устройства 1, содержащего несколько газогенераторов 2, можно предусмотреть выполнение некоторых газогенераторов с регулируемым выходом газа, тогда как в других генераторах, соединенных с теми же распределительными средствами, генерирование газа регулируется вентилями 20. Кроме того, в одном проперголевом блоке 12 можно использовать более двух разных пиротехнических составов.