САМОЛЕТНЫЙ ГЕНЕРАТОР ЛЕДЯНЫХ КРИСТАЛЛОВ
AIRCRAFT GENERATOR OF ICE CRYSTALS

Изобретение относится к области технических средств, предназначенных для генерации ледяных кристаллов путем распыления жидкого азота в переохлажденную облачную среду с использованием самолета.
Известны различные конструкции устройств для распыления жидкости под давлением в атмосферу, содержащие баллон с распыляемой жидкостью, снабженный запорным органом и распылителем (п. РФ №1797181, кл. A01G 15/00 1995 г., п. РФ №1797182, кл. A01G 15/00 1995 г., п. РФ №2112358, кл. AO1G 15/00 1998 г.).
Известные устройства предназначены для генерации ледяных кристаллов в атмосфере путем их сбрасывания в переохлажденную облачную среду с самолетов. Устройства снабжены механизмами, обеспечивающими включение распылителя в режим работы при заданных значениях температурного уровня в облачной среде.
К недостаткам известных устройств можно отнести то, что они могут быть использованы только для распыления таких жидкостей как пропан, фреон и т.д., которые имеют невысокий уровень давления насыщенных паров. Для распыления же в атмосферу жидкого азота, с температурой -196°C и достаточно высоким давлением насыщенных паров, известные устройства не пригодны.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является самолетный генератор ледяных кристаллов, содержащий размещенный на борту самолета сосуд Дьюара с жидким азотом, крышку с манометром и зажимами для крепления к горловине сосуда Дьюара, питающий трубопровод, один конец которого снабжен распылителем и выставлен за борт самолета в набегающий воздушный поток, а второй конец через крышку введен в сосуд Дьюара и опущен в жидкий азот, устройство для принудительной подачи жидкого азота через питающий трубопровод в распылитель, а также трубку аварийного сброса давления с вентилем, связывающим полость сосуда Дьюара с внешней средой (ПРОТОТИП).
Недостатком известного устройства является то, что для принудительной подачи жидкого азота в распылитель используется баллон с газообразным азотом, снабженный понижающими давление редукторами и манометрами, что значительно усложняет конструкцию устройства и снижает безопасность его применения.
Другой существенный недостаток устройства заключается в том, что трубка аварийного сброса давления и питающий трубопровод для подачи жидкого азота в распылитель снабжен вентилями, которые при охлаждении до низких температур покрываются слоем льда, что в ряде случаев блокирует выходные каналы. В результате, как показала практика, давление в сосуде Дьюара начинает резко расти и, при достижении критического уровня, жесткие металлические зажимы разрушаются, и крышка выбрасывается из горловины баллона наружу. В лучшем случае выброшенная с силой крышка может разрушить не только систему трубопроводов и измерительную аппаратуру, но и обшивку самолета изнутри. А в худшем случае, при попадании крышки в иллюминатор, либо в обслуживающий персонал, подобный инцидент может привести к более серьезным трагическим последствиям.
Техническим результатом от использования заявленного технического решения является упрощение конструкции устройства, а также повышение надежности и безопасности его работы.
Технический результат достигается тем что, в известном самолетном генераторе ледяных кристаллов, содержащем размещенный на борту самолета сосуд Дьюара с жидким азотом, крышку с манометром и зажимами для крепления к горловине сосуда Дьюара, питающий трубопровод, один конец которого снабжен распылителем и выставлен за борт самолета в набегающий воздушный поток, а второй конец через крышку введен в сосуд Дьюара и опущен в жидкий азот, устройство для принудительной подачи жидкого азота через питающий трубопровод в распылитель, а также трубку аварийного сброса давления с дренажным вентилем, связывающую полость сосуда Дьюара с внешней средой, крышка выполнена в виде обратного клапана и подпружинена к горловине сосуда Дьюара с помощью упругих зажимов, при этом боковая поверхность крышки, контактирующая с внутренней поверхностью горловины, содержит, по меньшей мере, один дренажный паз, соединяющий газовую полость сосуда Дьюара с внешней средой при достижении давления в ней критического порогового уровня, при этом устройство для принудительной подачи жидкого азота в распылитель выполнен в виде конического обтекателя, который выставлен за борт самолета, а сам распылитель размещен по оси данного конического обтекателя и направлен в сторону противоположную направлению движения самолета.
Технический результат достигается также и тем что, упругие зажимы выполнены в виде двух пружин, либо двух резиновых растяжек, поджимающих крышку к горловине баллона.
Сущность изобретения поясняется рисунками, где представлены общий вид устройства (фиг.1), вид устройства сверху (фиг.2), а также вариант размещения упругих зажимов на крышке сосуда Дьюара (фиг.3).
Самолетный генератор ледяных кристаллов содержит сосуд Дьюара 1 с жидким азотом 2. В горловине 3 сосуда Дьюара 1 размещена крышка 4. Для обеспечения герметичности между крышкой 4 и корпусом горловины 3 размещено уплотнительное кольцо 5. На крышке 4 размещен также манометр 6 для контроля давления газов внутри сосуда Дьюара 1. По оси крышки 4 размещен питающий трубопровод 7, оснащенный выпускным вентилем 8. Один конец питающего трубопровода 7 введен в сосуд Дьюара 1 и погружен в жидкий азот 2, а второй конец снабжен распылителем 9. Конец питающего трубопровода 7 с распылителем 9 через иллюминатор 10 выведен наружу и размещен по оси конического обтекателя 11, прикрепленного в данном случае к иллюминатору 10 снаружи. Для снижения гидродинамического сопротивления конец питающего трубопровода 7, размещенный внутри сосуда Дьюара 1, развальцован. Внутренний диаметр питающего трубопровода составляет преимущественно 8-12 мм, что обеспечивает в реальных условиях оптимальный расход жидкого азота. На крышке 4 размещена также трубка аварийного сброса давления 12, содержащая вентиль 13. Питающий трубопровод 7 и трубка аварийного сброса давления 12 теплоизолированы (на рисунках теплоизоляция не показана). Питающий трубопровод 7, трубка аварийного сброса давления 12 и манометр 6 размещены на одной линии, совпадающей с осью «Х-Х», проходящей через центр крышки 4 (см. фиг.2). На поверхности крышки 4 образованы два симметрично расположенных относительно оси «Х-Х» паза 14 и 15. Боковая поверхность крышки 4, контактирующая с внутренней боковой поверхностью горловины 3, содержит, по меньшей мере, один продольный дренажный паз 16, который соединяет газовую полость сосуда Дьюара с внешней средой, при достижении давления в ней критического порогового уровня. На рисунке (фиг.1) показан еще один дренажный паз 17, что свидетельствует о том, что их может быть и несколько. Крышка 4 прикреплена к горловине 3 сосуда Дьюара 1 с помощью двух совершенно одинаковых резиновых стяжек 18 и 19, которые уложены в соответствующие пазы 14 и 15. Свободные концы резиновых стяжек 18 и 19 прикреплены к боковым ручкам 20 и 21 сосуда Дьюара 1, образуя упругий зажим, удерживающий крышку 4 в горловине сосуда Дьюара 1. Вместо резиновых стяжек 18 и 19 могут быть использованы и пружинные стяжки, которые могут крепиться по той же схеме, что и резиновые. На фиг.3 представлен другой вариант крепления стяжек. Согласно данной схеме две совершенно одинаковые стяжки 22 (в данном случае они пружинные), с помощью крючков 24, крепятся с одной стороны к проушинам 26 на крышке 4, а с другой стороны - к боковым ручкам 20 и 21 сосуда Дьюара.
Самолетный генератор ледяных кристаллов работает следующим образом.
В режиме готовности к воздействию на переохлажденное облако, вентиль 8 на питающем трубопроводе 7 закрыт, а вентиль 13 на трубке аварийного сброса давления 12 открыт. В этих условиях образующиеся пары азота из сосуда Дьюара 1 истекают в окружающую среду через открытый канал трубки 12. При поступлении команды на воздействие на питающем трубопроводе 7 открывается вентиль 8. При этом под действием встречного воздушного потока внутри обтекаемого конуса 11 и в некоторой области, расположенной за открытой ее частью, формируется зона разряжения, под действием которого жидкий азот 2 через питающий трубопровод 7 всасывается и поступает в распылитель 9, откуда выбрасывается в атмосферу. При этом за самолетом формируется факел диспергированных частиц жидкого азота, имеющих температуру - 196°C. Данные частицы жидкого азота, взаимодействуя с переохлажденной облачной средой, формируют в ней ледяные кристаллы, которые и вызывают необходимый эффект осадкообразования. Расход жидкого азота регулируется вентилем 8 на питающем трубопроводе 7. В случае пиковых нагрузок, когда необходимо создать максимально возможный расход, перекрывается вентиль 13 на трубке аварийного сброса давления. При этом давление паров азота в сосуде Дьюара растет (контролируется по манометру 6), а, следовательно, растет и расход жидкого азота. Расход жидкого азота можно увеличить и другим путем, например, увеличив скорость полета самолета. При этом разряжение в обтекаемом конусе 11 растет, что повышает и расход жидкого азота.
В случае возникновения нештатной ситуации, когда давление в сосуде Дьюара начинает резко расти из-за блокировки вентилей 8 и 13, срабатывает крышка 4, которая, выступая наружу под действием давления изнутри, соединяет продольные дренажные пазы 16 и 17 с внешней атмосферной средой. При этом происходит сброс давления из сосуда Дьюара 1 и тем самым исключается аварийная обстановка.
Предлагаемый самолетный генератор ледяных частиц отличается от известных высокой своей надежностью и простотой конструкции, которая обеспечивает практически полную безопасность при эксплуатации устройства.
Преимущественная область применения устройства - активные воздействия на переохлажденные облака с использованием скоростных самолетов лабораторий.