УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ГОРЕНИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКОЙ СМЕСИ ТЕПЛОВОГО ХИМИЧЕСКОГО ИСТОЧНИКА ТОКА
DEVICE FOR MEASUREMENT OF COMBUSTION RATE OF PYROTECHNIC MIXTURE OF THERMAL CHEMICAL CURRENT SOURCE

Изобретение относится к области устройств, в которых применяются пиротехнические нагревательные смеси, в частности, тепловые ХИТ.
Известно устройство для измерения скорости горения образца твердого топлива, содержащее герметичную камеру сгорания, размещенный в ней в бронированном стакане образец твердого топлива с двумя сигнальными металлическими нитями, расположенными на известном контрольном расстоянии друг от друга в отверстиях просверленных в образце перпендикулярно его оси, многоканальный регистратор с отметчиком времени [Синаев К.И. Лабораторные работы по внутренней баллистике. Издательство Казанского химико-технологического института, 1968 г., 165 С.].
Недостатком устройства в применении к скорости сгорания тепловых таблеток ТХИТ является наличие сигнальных металлических нитей, которые усложняют конструкцию устройства и делают его малоэффективным.
3
Известно устройство для измерения скорости горения топлива в ракетном двигателе твердого топлива (Патент RU №2175741, опубликован 10.11.2001, МПК F23N 5/08 принято за прототип), содержащее камеру сгорания с размещенным в ней бронированным зарядом твердого топлива торцевого горения (у нас - тепловая таблетка), приемник излучения, фотоусилитель и многоканальный регистрирующий прибор с отметчиком времени, причем, в заряде выполнены отверстия, геометрические оси которых расположены на известных расстояниях друг от друга и перпендикулярны геометрической оси заряда, в отверстиях на разных радиусах от геометрической оси заряда размещены микродозы химических соединений разных добавочных элементов щелочной группы в объеме 0,001-0,01 см, причем в разных отверстиях микродоза химического соединения одного и того же добавочного элемента размещена на одном радиусе от геометрической оси заряда, а свободное пространство между микродозами заполнено бронирующим составом, линия визирования приемника излучения совмещена с плоскостью среза сопла ракетного двигателя твердого топлива, а перед приемником излучения установлены монохроматический фильтр с длиной волны пропускания, равной длине волны насыщенной центральной части спектральной линии одного из n-используемых добавочных элементов, щелочной группы, n-1-светоделительных пластинок и объектив, в отраженных от светоделительных пластинок лучах установлено по одному в каждом луче дополнительному приемнику излучения с монохроматическим фильтром, имеющим длину волны пропускания, равную длине волны насыщенной центральной части спектральной линии одного из n-используемых добавочных элементов щелочной группы, а выходы дополнительных приемников излучения подключены через дополнительные фотоусилители к раздельным входам многоканального регистрирующего прибора с отметчиком времени.
Недостатком прототипа является излишняя сложность устройства в задачах тепловых ХИТ, что снижает надежность его работы.
Проблемой устройств для определения скорости сгорания является сложность существующих устройств, влияющая на надежность их работы, а также индикация точек прохождения фронтом горения отметок, находящихся на известном расстоянии друг от друга. На решение этой проблемы направлено настоящее изобретение.
Техническим результатом изобретения является снижение затрат времени на измерение скорости сгорания за счет упрощения получения сигналов прохождения фронтом горения заданных отметок, а также упрощение конструкции устройства, что повышает надежность его работы.
Технический результат достигается тем, что устройство для измерения скорости горения пиротехнической смеси теплового ХИТ содержит камеру сгорания с размещенной в ней тепловой таблеткой, приемник излучения и многоканальный регистрирующий прибор с отметчиком времени, камера сгорания выполнена в виде пакета, состоящего из верхней плиты и нижней плиты с отверстиями, покрытыми тепловой таблеткой и размещенной между слюдяными прокладками, на тепловой таблетке с возможностью инициирования ее горения расположен воспламеняющий материал и нагревательный элемент, а между верхней плитой и тепловой таблеткой размещена асбестовая прокладка, пакет выполнен сжатым усилием 1-1,2 кН, приемник излучения выполнен в виде двух фотодиодов, а многоканальный регистрирующий прибор с отметчиком времени выполнен в виде осциллографа.
Нижняя плита с отверстиями расположенными так, что тепловая таблетка покрывает их полностью, служит для фиксации расстояния, которое проходит фронт горения. При прохождении фронта горения над отверстием фотодиод, расположенный напротив него, регистрирует скачок освещенности, который осциллограф регистрирует как скачок напряжения на фотодиоде. Скачки напряжения на двух фотодиодах происходят с разностью моментов времени, соответствующей времени прохождения фронтом горения расстояния между двумя отверстиями нижней плиты. Расположение отверстий так, что тепловая таблетка покрывает их полностью служит также для того, чтобы не пропадала фиксация начального и конечного положений фронта горения. Слюдяные прокладки предотвращают попадание продуктов горения на фотодиоды, а также выполняют теплоизолирующую функцию. Верхняя плита служит для создания давления на тепловую таблетку, что создает условия измерения скорости горения, соответствующие условиям работы таблетки в ТХИТ, которыми обусловлена и величина усилия сжатия 1-1,2 кН. Нагревательный элемент, в качестве которого может быть использована нихромовая спираль, предназначен для инициирования горения за счет нагрева воспламеняющего материала, в качестве которого может быть использован пиротехнический ленточный воспламенитель. Использование в качестве регистрирующего прибора осциллографа обусловлено его быстродействием и позволяет регистрировать разность моментов времени до микросекунд.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
На чертеже показаны элементы конструкции установки в поперечном сечении.
1 - нижняя плита
2 - тепловая таблетка
3 - слюдяные прокладки
4 - воспламеняющий материал
5 - асбестовая прокладка
6 - верхняя плита
7 - фотодиоды
8 - нагревательный элемент
9 - источник питания постоянного тока
10 - ключ нагревательного элемента 8
11 - осциллограф
12 - камера сгорания, выполненная в виде пакета
Устройство для измерения скорости горения пиротехнической смеси теплового ХИТ содержит камеру сгорания с размещенной в ней тепловой таблеткой 2, приемник излучения и многоканальный регистрирующий прибор с отметчиком времени. Камера сгорания выполнена в виде пакета 12, состоящего из верхней плиты 6, тепловой таблетки 2, и нижней плиты 1, выполненной с отверстиями, расположенными так, что тепловая таблетка 2 покрывает их полностью. Нижняя плита 1 размещена между слюдяными прокладками 3, на тепловой таблетке 2 с возможностью инициирования ее горения расположен воспламеняющий материал 4 и нагревательный элемент 8, а между верхней плитой 6 и тепловой таблеткой 2 размещена асбестовая прокладка 5. Пакет 12 выполнен сжатым усилием 1-1,2 кН, приемник излучения выполнен в виде двух фотодиодов 7, а многоканальный регистрирующий прибор с отметчиком времени выполнен в виде осциллографа 11. Воспламеняющий материал 4, в качестве которого может использоваться пиротехнический ленточный воспламенитель инициируется от нагревательного элемента 8, в качестве которого может использоваться нихромовая спираль. Нагревательный элемент 8 нагревается за счет пропускания тока от источника питания постоянного тока 9, соединенного с ним с помощью ключа 10. Таким образом, предлагаемое устройство имеет надежную, менее сложную конструкцию по сравнению с прототипом за счет того, что не содержит ряд сложно выполнимых конструктивных элементов, присущих конструкции прототипа, таких как бронированная тепловая таблетка и микродозы добавочного элемента
Собирают устройство для измерения скорости горения пиротехнической смеси теплового ХИТ следующим образом. Пакет 12, содержащий: нижнюю плиту 1, на которой располагают отверстия таким образом, чтобы тепловая таблетка 2 покрывала их полностью, нижнюю плиту 1 располагают между слюдяными прокладками 3; тепловую таблетку 2, размещенную между одной из слюдяных прокладок 3 и асбестовой прокладкой 5, на тепловой таблетке 2 размещают воспламеняющий материал 4 и нагревательный элемент 8; асбестовую прокладку 5, над которой помещают верхнюю плиту 6. К собранному пакету прикладывают постоянное усилие 1-1,2 кН. Напротив каждого из отверстий нижней плиты 1 закрепляют фотодиоды 7 и подключают их выходы к осциллографу 11.
После этого замыкают ключ 10 нагревательного элемента 8, который обеспечивает горение воспламеняющего материала 4. От воспламеняющего материала 4 происходит загорание тепловой таблетки 2. Когда фронт горения достигает отверстия в нижней плите 1, ближайшего к точке зажигания, с соответствующего фотодиода 7 на осциллограф 11 подается скачок напряжения. В момент, когда фронт горения достигает следующего отверстия, на осциллограф 11 поступает скачок напряжения от следующего фотодиода 7. Быстродействие осциллографа 11 позволяет регистрировать разность моментов времени до микросекунд. По полученной осциллограмме определяют время движения фронта, а затем по известному расстоянию между отверстиями в нижней плите 1 рассчитывают скорость горения.
Пример работы устройства. Проводили определение скорости горения пиротехнической смеси в виде таблетки диаметром 35 мм. Расстояние между отверстиями нижней плиты составляло 25 мм. Разность моментов времени скачков напряжения на фотодиодах составила 350 мс. Скорость горения определяли по формуле:
V=L/T×l000.
V - Скорость горения таблетки, мм/с
L - расстояние между светодиодами, мм
Т - время, с
Скорость горения составила 73,53 мм/с.
Таким образом, достигнуто снижение затрат времени на измерение скорости сгорания за счет упрощения получения сигналов прохождения фронтом горения заданных отметок, а также упрощение конструкции устройства.