МНОГОПОЗИЦИОННАЯ ПОДВЕСНАЯ УСТАНОВКА АЭРОЗОЛЬНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОБЛАКА
MULTI-POSITION SUSPENSION EQUIPMENT FOR AEROSOL IMPACT ON CLOUDS

Изобретение относится к мобильным установкам с множеством генераторов, пиротехническое снаряжение которых при горении образует аэрозоль, воздействующий на состояние погоды, а именно для рассеяния облаков и туманов, предотвращения градобитий посредством вызывания искусственных осадков, и может быть использовано в системе гидрометеорологической авиации, доставляющей установки непосредственно в обрабатываемые облака.
Уровень данной области техники характеризует пиротехнический патрон, который запускается для воздействия на облака, описанный в патенте RU 131144 U1, F42B 15/145, 2013 г., содержащий гильзу, электрокапсюльную втулку, вышибной заряд, сообщающийся посредством перфорированного обтюратора через огнепередаточный канал диафрагмы с воспламенительным зарядом, примыкающим к торцу функциональной шашки, установленной в корпусе генератора аэрозоля, днище которого оснащено центральным отверстием.
Корпус генератора аэрозоля через амортизатор из губчатой резины нагружен крышкой, завальцованной по кругу открытым торцом гильзы.
Этот пиротехнический патрон характеризуется тем, что перфорации обтюратора расположены в периметре центрального отверстия днища корпуса генератора, диаметр которого превышает огнепередаточный канал диафрагмы, а функциональная шашка оснащена со стороны крышки инертной прослойкой, причем амортизатор из губчатой резины выполнен в виде сменного набора пластин, а между воспламенительным зарядом и функциональной шашкой размещена прослойка из переходного заряда в виде композиции пиротехнических составов, примыкающих элементов.
Описанный пиротехнический патрон после запуска с направляющих установки в облаке функционирует автономно, рассеивая газообразные продукты горения инициированного снаряжения - аэрозоль, активно воздействующий на метеорологическую обстановку, предотвращая градобитие.
Недостатком описанного пиротехнического патрона является малый объем локального воздействия на облако из-за автономного запуска и одиночного функционирования.
Отмеченный недостаток устранен в многоместной установке аэрозольного воздействия на туман и облака по патенту RU 144407 U1, A01G 15/00, 2014 г., которая по технической сущности и числу совпадающих признаков выбрана в качестве наиболее близкого аналога предложенной.
Известная наземная установка аэрозольного воздействия на туман и облака включает стойку с опорой для распределенного крепления генераторов, содержащих электровоспламенитель, связанный с разъемом блока управления внешнего пускового устройства, и пиротехнический заряд, при горении которого образуется функциональный аэрозоль, выбрасываемый через выходное сопло.
Особенностью известной многоместной(-позиционной) установки является то, что опора выполнена в форме цилиндрического аккумулятора с монтажными отверстиями по образующей для крепления генераторов в примыкании выходными соплами вовнутрь. Под аккумулятором аэрозоля установлен нагнетающий вентилятор для принудительного подъема генерируемого аэрозоля воздушным потоком через распределительную решетку по примыкающей трубе, выполненной телескопической.
В корпусе генератора установлен пиротехнический заряд, инициируемый от электровоспламенителя, связанного с внешним блоком управления, и выполнен ресивер под крышкой с выходным соплом, а снаружи ресивера, на корпусе закреплена фланцевая резьбовая втулка для вкручивания в монтажное отверстие многопозиционного аккумулятора.
В известной установке обеспечено накопление всего генерируемого объема аэрозоля от работающих генераторов в общем аккумуляторе, из которого принудительно вентилятором формируется по примыкающей трубе функциональный газообразный поток, включающий центры льдообразования, равномерно распределенные в аэрозоле, подаваемом в атмосферу, в обрабатываемые туман и облака.
Аэрозоль в подающей на высоту трубе смешивается с воздухом от вентилятора, образуя устойчивую технологическую взвесь.
Этот взвешенный в воздухе аэрозоль продолжительное время не оседает и эффективно воздействует на гидрометеорологическую обстановку в атмосфере, вызывая искусственные осадки, в результате туман и облачность рассеиваются, предотвращается градобитие.
Выполнение подающей трубы телескопической позволяет изменить высоту выхода функционального аэрозоля в зависимости от рельефа местности, на которой монтируется установка, и размещения эшелона облаков и тумана, то есть переменных гидрометеоусловий атмосферы, для наиболее эффективного использования разведанных восходящих воздушных потоков, транспортирующих аэрозоль на заданную высоту.
Дополнительным эффектом функционирования известной установки является разный режим задействования распределенных на аккумуляторе генераторов в требуемом количестве, залпами, что осуществляется автоматически по программе блока управления.
Размещение генераторов на аккумуляторе посредством резьбовой фланцевой втулки, смонтированной на их корпусе, снаружи ресивера, создает примыкание выходных сопел непосредственно к накопительной емкости генерируемого аэрозоля для организованного его подъема воздушным потоком на высоту.
Емкость аккумулятора служит в качестве ресивера, где происходит активное перемешивание поступающего аэрозоля с воздухом, исключая агломерацию дисперсной фазы, выравнивание давления и температуры функциональной смеси, которая мерно расходуется через проходное сечение примыкающей трубы.
Фланцевая сопловая втулка ограничивает вкручивание генераторов до упора в монтажные отверстия аккумулятора, автоматически фиксируя заданное расположение выходных сопел.
В аккумуляторе установки накапливается функциональный аэрозоль от всех генераторов до расчетного количества, необходимого для качественной целевой обработки облака или тумана. При этом внутри аккумулятора аэрозоль разбавляется нагнетаемым вентилятором воздухом с формированием технологического аэродисперсного образования на выходе из подающей трубы, медленно оседающего в атмосфере обрабатываемых облаков и тумана, чем повышается качество целевого воздействия.
Однако продолжением отмеченных достоинств являются присущие недостатки, определяемые наземным базированием известной многопозиционной установки, что исключает ее мобильное перемещение в зону оперативного влияния на гидрометеообстановку, и низкая эффективность действия генерируемого аэрозоля из-за вынужденного удаления от обрабатываемого облака, в которое транспортируется восходящими воздушными потоками, что трудоемко и сопряжено с очень большими потерями реагента.
Во-вторых, стационарная наземная установка характеризуется неудовлетворительной эффективностью действия по назначению из-за вероятностного характера совмещения восходящего потока функционального аэрозоля с облаками, требующими целевой обработки, расположенными на заметном удалении и высоте.
При этом, естественно, исключается мобильность передислокации установки в удаленном градоопасном направлении.
Таким образом, диспергирование всего объема генерируемого функционального аэрозоля в обрабатываемые облака известной многопозиционной стационарной установкой принципиально невозможно.
Кроме того, в известной наземной установке невозможно получить изначальное распределение реагента по всей площади обрабатываемого облака, так как генерируемый функциональный аэрозоль формируется локальным потоком, который затем естественным путем распространяется по горизонтали.
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является модернизация конструкции многопозиционной установки, пригодной для подвешивания на фюзеляже летательного аппарата, который доставляет ее непосредственно в обрабатываемые облака для более качественного повышения эффективности обработки градообразующих облаков при распределении реагента по максимальной площади обрабатываемого эшелона.
Требуемый технический результат достигается тем, что в известной многопозиционной подвесной установке аэрозольного воздействия на облака, включающей опору для распределенного размещения в ее монтажных отверстиях генераторов, корпусные гильзы которых закрыты через уплотнение торцевыми заглушкой и сопловой втулкой, содержащих электровоспламенители, связанные посредством шлейфов с клеммами блока управления внешнего запуска, и бронированные по образующим шашки пиротехнического состава, при горении образующего функциональный аэрозоль, выбрасываемый через выходное сопло, согласно изобретению корпусные гильзы генераторов, имеющих ослабленное кольцевой канавкой сечение над сопловой втулкой, жестко закреплены в расположенных в шахматном порядке монтажных отверстиях протяженной опоры, снабженной кронштейнами подвешивания к фюзеляжу летательного аппарата, а торцевые заглушки и сопловые втулки выполнены в форме резьбовых гаек, при этом шлейфы электровоспламенителей, смонтированных в примыкании к открытому торцу пиротехнической шашки над сопловой втулкой, через выходное сопло коммутируется с клеммами кабельного канала контроллера, связанного с пультом внешнего запуска, размещенного в кабине летательного аппарата.
Другой особенностью многопозиционной установки является то, что корпусные гильзы генераторов помещены внутри общего обтекателя, на котором шлейфы электровоспламенителей зафиксированы липким слоем металлизированных лент, а пиротехнические шашки функционального снаряжения генераторов в торце примыкания оснащены воспламенительной таблеткой, помещенной в форкамере.
Отличительные признаки предложенного технического решения обеспечили значительное повышение эффективности аэрозольной обработки облаков непосредственно изнутри, при использовании простой и надежной конструкции многопозиционной установки, которая подвешивается к фюзеляжу летательных аппаратов и управляется функционированием по целевому назначению из рабочей кабины автоматически, сообразно разведанной гидрометеообстановки.
Дополнительный технический эффект достигается за счет возможности регенерирования генераторов для повторного использования установки, что снижает капитальные и материальные затраты на проведение предохранительных работ.
Жесткое крепление корпусных гильз генераторов в монтажных отверстиях опоры позволяет регенерировать подвесную установку за счет межоперационной их очистки от шлаков и нагара и последующей сборки по месту комплектующих генераторов, при свинчивании с резьбовыми заглушками и сопловыми втулками до упора в уплотнительные прокладки.
Выполнение корпусных гильз с ослабленным посредством кольцевой канавки сечением над сопловой втулкой обеспечивает ее механическое разрушение в случае несанкционированного превышения давления от генерируемых при объемном горении снаряжения газов, чтобы произошел их выброс в противном направлении от несущего летательного аппарата, исключив тем самым осколочное действие по его фюзеляжу.
Оснащение несущей генераторы протяженной опоры кронштейнами необходимо для быстросъемного подвешивания установки на фюзеляже летательного аппарата, доставляющего ее непосредственно в обрабатываемые облака, чем повышается эффективность влияния на метеорологическую обстановку.
Компактное расположение генераторов в шахматном порядке на протяженной опоре, которая подвешивается вдоль набегающего потока воздуха, снижает ветровую нагрузку при полете на установку облегченного типа.
Выполнение торцевых заглушек и сопловых втулок в форме резьбовых гаек необходимо для их быстросъемности, обеспечив технологический доступ вовнутрь гильз для их очистки от нагара, осаждений в виде шлама и агломерата, а также для обратной мобильной сборки с корпусными гильзами, снаряженными функциональным зарядом, который оснащен электровоспламенителем внешнего инициирования, подготавливая таким образом генераторы для повторного использования по назначению.
Электрическая связь электровоспламенителя функционального снаряжения каждого генератора посредством шлейфов, проложенных через сопловое отверстие втулки снаружи его корпусной гильзы, с клеммами кабельного канала обеспечивает коммутацию с программируемым коллектором, автоматически, в соответствии с метеоусловиями облаков, осуществляющим управление порядком и режимом функционирования многопозиционной установки по командам с пульта внешнего запуска, размещенного в кабине летательного аппарата.
Коммутирование электровоспламенителей, примыкающих к открытому торцу пиротехнического заряда генераторов, через выходное сопло втулки с клеммами общего контроллера, обеспечивает регламентное инициирование их торцевого горения с подачей функционального аэрозоля непосредственно в обрабатываемое облако.
При этом крепление шлейфов электровоспламенителей, связывающих с клеммами контроллера, на поверхности несущего обтекателя самоклеящимися металлизированными лентами упрощает конструкцию электросхемы и обеспечивает монолитность взаимосвязи ее структурных элементов, предотвращая обрывы на полете.
Выполнение блока управления установкой в виде контроллера является наиболее технически совершенным, простым и надежным, адаптируемым с пультом управления летательного аппарата.
Связь контроллера через кабельный канал с пультом летательного аппарата обеспечивает инициирование работы генераторов установки из кабины в заданных программой порядке и режиме.
Размещение в общем обтекателе распределенных в опоре установки генераторов предохраняет их от поперечной ветровой нагрузки набегающего потока, что позволяет кратно снизить несущую прочность и массивность крепления.
При этом к обтекателю посредством липкого слоя металлизированных лент монолитно прикреплены шлейфы электровоспламенителей, упрощая электрическую связь средств инициирования функционального снаряжения генераторов с контроллером.
Оснащение пиротехнических шашек снаряжения генераторов в торце примыкания воспламенительной таблеткой необходимо для усиления передаваемого в стыке теплового импульса, обеспечивающего бесперебойное движение фронта торцевого горения.
Размещение воспламенительной таблетки в свободном объеме форкамеры стыка примыкающих пиротехнических шашек обеспечивает накопление горячих газообразных продуктов горения, которые повышают интенсивность надежного инициирования горения вышерасположенной шашки.
Следовательно, каждый существенный признак необходим, а их совокупность является достаточной для достижения новизны качества, неприсущего признакам в разобщенности, то есть поставленная в изобретении техническая задача решена не суммой эффектов, а новым сверхэффектом суммы признаков.
Сущность изобретения поясняется чертежами, которые имеют чисто иллюстративное назначение и не ограничивают объема притязаний совокупности существенных признаков.
На чертежах изображены:
на фиг. 1 - общий вид подвесной установки;
на фиг. 2 - то же, вид сверху, по стрелке А на фиг. 1;
на фиг. 3 - разрез по Б-Б на фиг. 1;
на фиг. 4 - вид В на фиг. 3;
на фиг. 5 - вид Г на фиг. 3.
Предложенная многопозиционная установка, которая подвешивается на фюзеляже самолета или вертолета, доставляющих ее непосредственно в обрабатываемые облака, включает опору 1 (фиг. 1, 2) с распределенными монтажными отверстиями 2 (фиг. 3), где жестко закреплены корпусные гильзы 3 генераторов 4, несущих пиротехнические шашки 5, при горении образующие функциональный аэрозоль, содержащий в качестве дисперсной фазы льдообразующие центры, преимущественно гидрофильные частицы йодистого серебра и/или йодистого калия.
Шашки 5 (фиг. 3 и 5) бронированы по наружной поверхности картонной обечайкой 6, а между торцами примыкающих шашек 5 установлена усилительная таблетка 7 для передачи через форкамеру 8 воспламенительного импульса вдоль снаряжения генераторов 4.
Стык примыкающих шашек 5 по периметру перекрыт самоклеящейся лентой 9, которая образует замкнутый объем для локализации энергии огневого форса между примыкающими торцами шашек 5.
По торцам корпусные гильзы 3 закрыты через уплотнительные кольцевые прокладки 10 быстросъемными резьбовыми гайками 11 и 12, соответственно заглушкой и сопловой втулкой.
К торцу пиротехнических шашек 5 (фиг. 3 и 4) со стороны сопловой втулки 12 примыкает воспламенитель 13 из чувствительного к тепловому импульсу состава, оснащенный электромостиком 14 сопротивления, который связан посредством шлейфов 15 коммутации с распределенно установленными на опоре 1 клеммами 16 (фиг. 1) контроллера 17, соединенного кабелем 18 с пультом кабины летательного аппарата.
Корпусные гильзы 3 размещены внутри общего обтекателя 19 и защитного кожуха 20, закрепленных на опоре 1, которая снабжена кронштейнами 21 для подвешивания на фюзеляже летательного аппарата.
Шлейфы 15 закреплены на обтекателе 19 посредством клеящего слоя алюминиевых лент 22, расположенных поперек.
Особенностью генераторов 4 является то, что его корпусная гильза 3 над сопловой втулкой 12 имеет механически ослабленное кольцевой канавкой 23 (фиг. 3, 4) сечение, по которому происходит разрушение в случае нештатного превышения давления внутри из-за объемного горения шашки 5 функционального снаряжения для его стравливания в атмосферу, предотвращая аварийное развитие событий в установке в целом.
Глубина канавки 23 выбрана в диапазоне 0,5-0,7 толщины стенки гильзы 3 из условий, что при толщине канавки меньше 0,5 соотношения гарантированно не обеспечивается заданное ее разрушение, что небезопасно для летательного аппарата, а при толщине канавки 23 больше 0,7 соотношения излишне ослабляется конструкционная прочность гильзы 3, вплоть до потери ею несущей способности, то есть утрачивается функциональность генератора в целом.
Функционирует установка по изобретению следующим образом.
При доставке подвесной многопозиционной установки в обрабатываемое облако с пульта в кабине летательного аппарата подается запускающий импульс на контроллер 17, запрограммированный на порядок подключения распределенных в опоре 1 генераторов 4, группами или в очередной последовательности.
При этом электрический импульс по шлейфам 15, надежно закрепленным на обтекателе 19 самоклеящимися лентами 22, поступает на электромостик 14 сопротивления, при замыкании которого формируется искровой разряд, инициирующий примыкающий воспламенитель 13 из чувствительного к тепловой энергии состава.
Активно сгорающий воспламенитель 13 поджигает с открытого торца пиротехническую шашку 5 (нижнюю по чертежу), при горении которой генерируется функциональный аэрозоль, истекающий через сопло втулки 12 в обрабатываемое облако, где на гидрофильных частичках дисперсной фазы (йодистого серебра и/или йодистого калия) адсорбируется влага.
В переохлажденных облаках частички йодистого серебра служат в качестве центров кристаллизации для льдообразования, а на частичках сорбента йодистого калия происходит конденсация капель влаги, которые выпадают в форме атмосферных осадков, чем предотвращаются градобитие и ливни.
При догорании шашки 5 в стыке снаряжения генераторов 4 воспламеняется усилительная таблетка 7, горячие продукты горения которой заполняют свободный объем форкамеры 8 и воспламеняют с торца примыкающую пиротехническую шашку 5, при горении которой продолжается процесс генерирования функционального аэрозоля, выбрасываемого в обрабатываемое облако, до полного выгорания функционального снаряжения генераторов 4.
После использования генераторов 4 по назначению установку снимают с подвески фюзеляжа и на технологическом столе отвинчивают гайки 11 и сопловые втулки 12, открывая доступ к корпусным гильзам 3, которые механически очищают от нагара, сажи и осевших агломерированных частиц, восстанавливая их исходное состояние. При этом отдельно очищаются глухие гайки 11 и сопловые втулки 12, ревизуется состояние уплотнительных прокладок 10, которые при необходимости заменяются новыми.
Также отклеивается лента 22 и удаляются шлейфы 15 отработавших воспламенителей 13, предварительно отключив их от клеймам 16.
Далее проводятся снаряжение и сборка генераторов 4, корпусные гильзы 3 которых не извлекаются из монтажных отверстий 2 опоры 1, то есть осуществляется регенерирование генераторов 4 подвесной многоместной установки для многоразового использования по назначению.
Сравнение предложенного технического решения с ближайшими аналогами уровня техники не выявило идентичного совпадения совокупности существенных признаков изобретения.
Предложенные отличия многопозиционной подвесной установки аэрозольного воздействия на облака, которые прямо не следуют из постановки технической задачи, не являются очевидными для специалиста по локальному изменению гидрометеорологической обстановки.
Изготовление многопозиционной установки по изобретению возможно на действующем пиротехническом производстве серийно.
Из вышесказанного можно сделать вывод о соответствии изобретения условиям патентоспособности.
Стендовые и натурные испытания опытных образцов многопозиционной установки показали высокую степень надежности функционирования и эффективность аэрозольной обработки облаков, что позволяет рекомендовать ее для поставки заказчикам.