RU2603995C1

RU2603995C1 - Method for generation of air blast wave

Info

Publication number: RU2603995C1
Application number: RU2015147486/03A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Березин; Дмитрий Яковлевич Боталов; Виктор Васильевич Валько; Евгений Вячеславович Королев; Виктор Семенович Осоловский; Радик Равилевич Саетгалиев
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2016-12-10

Abstract

FIELD: gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to application of gas dynamics, namely to methods for generation of air explosion wave (AEW) by creation of gas mixture in elastic shell, located in shock tunnel, and blasting, and can be used for tests of structures and objects on mechanical impact of pressure pulse. Method consists in supply of combustible gas and oxidizer gas into elastic shell with formation of explosive gas mixture of stoichiometric composition, initiation of gas mixture blast. Acetylene is used as fuel gas, wherein required amount and concentration of explosive gas mixture at specified parameters of shock wave is created. Explosion initiation is made with detonation wave generator, filled with gas mixture of balanced composition of acetylene and oxidizer gas. Gas mixture in sealing shell and detonation wave generator is divided by membrane. Explosion of gas mixture in detonation wave generator is initiated by high-voltage spark discharge. Sealing shell is placed in charging section of shock tunnel.

EFFECT: technical result of method provides opportunity for testing of objects and structures in shock tunnels on impact of generated AEW with expanded range of parameters at reduction of toxicity and cheapening during its use.

3 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области прикладной газовой динамики, а именно к способам генерирования воздушной ударной волны (ВУВ) путем подрыва газовой смеси в ударной трубе, и используется для испытаний конструкций и объектов в ударных трубах на механическое действие импульса давления.The present invention relates to the field of applied gas dynamics, and in particular to methods of generating an air shock wave (IWV) by detonating a gas mixture in a shock tube, and is used to test structures and objects in shock tubes for the mechanical action of a pressure pulse.

Известны способ и устройство (патент №2502948), где обеспечивается возможность испытания конструкций в ударных трубах на действие ВУВ большой длительности, при увеличении эффективности формирования мелкодисперсных аэрозольных областей. Недостатком является сложность формирования мелкодисперсных аэрозольных областей и использование тротилового боевика для инициирования в них детонации.A known method and device (patent No. 2502948), where it is possible to test structures in shock tubes for the action of the HVL of long duration, while increasing the efficiency of the formation of fine aerosol areas. The disadvantage is the complexity of the formation of fine aerosol areas and the use of TNT fighter to initiate detonation in them.

Известно устройство (заявка №2002110778/28, 22.04.2002) для нагружения объектов воздушной ударной волной, используемое для испытаний в виде ударной трубы с закрепленным на торце экраном, содержащим заслонки для гашения волновых процессов после воздействия первой ВУВ на объект испытания. Недостатком способа, реализуемого устройством, является использование взрывчатых веществ для формирования ВУВ.A device is known (application No. 2002110778/28, 04/22/2002) for loading objects with an air shock wave, which is used for testing in the form of a shock tube with a screen attached to the end face, containing dampers for damping wave processes after the first WBW acts on the test object. The disadvantage of the method implemented by the device is the use of explosives for the formation of HVW.

Известны способ и устройство (патент №2107889), где необходимое давление в детонационной волне достигается установлением соответствующего ему начального давления газовой смеси стехиометрического состава. Недостатками являются: аналог предназначен для выполнения взрывных работ, используется прочная конструкция, необходимая для создания отличного от атмосферного давления газовой смеси, и связанные с созданием давления организационные и технические трудности.A known method and device (patent No. 2107889), where the necessary pressure in the detonation wave is achieved by setting the corresponding initial pressure of the gas mixture of stoichiometric composition. The disadvantages are: the analogue is designed to perform blasting operations, the robust construction necessary to create a gas mixture different from atmospheric pressure is used, and the organizational and technical difficulties associated with the creation of pressure.

В качестве прототипа выбран способ и устройство для проведения взрывных работ, включающий подачу в эластичную оболочку горючего газа (пропана, бутана, метана или их смеси) и окислителя - кислорода или воздуха для создания газовоздушной смеси стехиометрического состава, взрыв которой инициируют тротиловой шашкой (заявка №2003135275/03, 04.12.2003). Недостатками являются: прототип предназначен для выполнения взрывных работ, диапазон воспроизводимых параметров ВУВ ограничен размерами мягкой герметизирующей оболочки, дорогостоящая организация работ и токсичность образующихся веществ, связанные с использованием конденсированного взрывчатого вещества - тротила.As a prototype, a method and device for blasting was selected, including the supply of flammable gas (propane, butane, methane or a mixture thereof) and an oxidizing agent - oxygen or air to create an air-gas mixture of stoichiometric composition, the explosion of which is initiated by a TNT bomb (Application No. 2003135275/03, 12/04/2003). The disadvantages are: the prototype is designed to perform blasting operations, the range of reproducible HVW parameters is limited by the size of the soft sealing shell, the costly organization of work and the toxicity of the resulting substances associated with the use of condensed explosives - trotyl.

Задачей предлагаемого способа является обеспечение возможности испытаний объектов и конструкций в ударных трубах на действие генерируемой ВУВ с расширенным диапазоном параметров, при снижении токсичности и удешевлении при его применения.The objective of the proposed method is to enable testing of objects and structures in shock tubes for the action of the generated HVW with an extended range of parameters, while reducing toxicity and cheapening when it is used.

Технический результат предлагаемого решения достигается тем, что в известном способе генерирование ВУВ осуществляют на основе детонации взрывчатой газовоздушной смеси стехиометрического состава, инициируемой конденсированным взрывчатым веществом, а особенностью предлагаемого способа является то, что за счет использования в качестве горючего газа углеводорода с тройной углеродной связью, который имеет широкие концентрационные пределы воспламенения, - ацетилена, придавая заданный характер факторам, влияющим на взрывное превращение, созданием необходимой концентрации газовоздушной смеси, мощности источника инициирования - генератора детонационной волны, а также объему эластичной оболочки, и, размещая эластичную оболочку в ударной трубе, достигают расширение диапазона параметров ВУВ.The technical result of the proposed solution is achieved by the fact that in the known method, the generation of HVW is carried out on the basis of detonation of an explosive gas-air mixture of stoichiometric composition, initiated by a condensed explosive, and a feature of the proposed method is that due to the use of a hydrocarbon with a triple carbon bond as a combustible gas, which has wide concentration limits of ignition, - acetylene, giving a given character to the factors affecting the explosive transformation By creating the necessary concentration of the gas-air mixture, the power of the source of initiation — the detonation wave generator, as well as the volume of the elastic shell, and by placing the elastic shell in the shock tube, they reach an expansion of the range of parameters of the IWS.

Взрывное разложение ацетилена и взрывное разложение его газовоздушной смеси, формирование детонации в эластичной оболочке с помощью генератора детонационной волны, заполненного газовоздушной смесью ацетилена сбалансированного состава, инициируемой высоковольтным разрядом, сопровождается образованием нетоксичных веществ.Explosive decomposition of acetylene and explosive decomposition of its gas-air mixture, the formation of detonation in an elastic shell using a detonation wave generator filled with a gas-air mixture of acetylene of a balanced composition, initiated by a high-voltage discharge, is accompanied by the formation of non-toxic substances.

Удешевление при применении предлагаемого решения обеспечивается тем, что детонационная волна в мягкой оболочке, заполненной дешевым ацетиленом или его смесью с воздухом, инициируется без использования дорогих конденсированных взрывчатых веществ, в частности тротила.The cost of applying the proposed solution is ensured by the fact that the detonation wave in a soft shell filled with cheap acetylene or its mixture with air is initiated without the use of expensive condensed explosives, in particular trotyl.

Для реализации предлагаемого решения использовалась ударная труба с внутренним диаметром 800 мм. Расположение конструктивных элементов в статическом состоянии для осуществления данного решения представлено на фиг. 1, где в эластичную оболочку (1), помещенную в зарядной секции ударной трубы (2), подают ацетилен и воздух, создавая необходимое количество и концентрацию взрывчатой газовой смеси по заданным параметрам воздушной ударной волны. Генератор детонационной волны (3) заполняют газовой смесью ацетилена и воздуха сбалансированного состава. Закрывают вентили (4). Срабатывание высоковольтного искрового разрядника (автомобильной свечи) (5) инициирует детонационную волну в генераторе детонационной волны (3), в результате разрушается мембрана (6) и детонационная волна попадает в мягкую оболочку (1), расположенную в зарядной секции ударной трубы (2), где происходят взрывные превращения, в результате которых в ударной трубе формируется плоская ударная волна, регистрируемая датчиками давления Д1 и Д2 (7) в местах установки испытываемых конструкций или объектов.To implement the proposed solution, an impact pipe with an inner diameter of 800 mm was used. The arrangement of structural elements in a static state for the implementation of this solution is shown in FIG. 1, where acetylene and air are supplied to the elastic shell (1) placed in the charging section of the shock tube (2), creating the required amount and concentration of the explosive gas mixture according to the specified parameters of the air shock wave. The detonation wave generator (3) is filled with a gas mixture of acetylene and air of a balanced composition. Close the valves (4). The operation of a high-voltage spark gap (automobile candle) (5) initiates a detonation wave in the detonation wave generator (3), as a result, the membrane (6) is destroyed and the detonation wave enters the soft shell (1) located in the charging section of the shock tube (2), where explosive transformations occur, as a result of which a plane shock wave is formed in the shock tube, recorded by pressure sensors D1 and D2 (7) at the installation sites of the tested structures or objects.

Реализация предлагаемого решения представлена эпюрами избыточного давления и удельного импульса на фиг. 2 и 3 в фиксированных точках ударной трубы, расстояния до которых равны нескольким диаметрам ударной трубы от подрыва в мягкой оболочке объемом 80 литров. Приведены примеры для взрывчатой газовой смеси ацетилена и воздуха с концентрацией 13% и 17%.The implementation of the proposed solution is presented by diagrams of overpressure and specific impulse in FIG. 2 and 3 at fixed points of the shock tube, the distances to which are several diameters of the shock tube from undermining in a soft shell of 80 liters. Examples are given for an explosive gas mixture of acetylene and air with a concentration of 13% and 17%.

Как видно из представленных данных, увеличение концентрации ацетилена позволяет увеличивать параметры ВУВ. В данном варианте увеличиваются параметры во фронте ударной волны, длительность фазы сжатия и, соответственно, удельный импульс фазы сжатия примерно на 30-50% (в зависимости от расстояния до датчика давления).As can be seen from the data presented, an increase in the concentration of acetylene allows one to increase the parameters of the IWS. In this embodiment, the parameters in the front of the shock wave, the duration of the compression phase, and, accordingly, the specific pulse of the compression phase increase by about 30-50% (depending on the distance to the pressure sensor).

Таким образом, меняя концентрацию ацетилена, объем мягкой оболочки, расстояние до места установки испытываемых конструкций или объектов, предлагаемое решение позволяет генерировать в ударной трубе ВУВ с заданными параметрами, при расширении диапазона этих параметров, а также уменьшении токсичности и удешевлении при его применении.Thus, by changing the concentration of acetylene, the volume of the soft shell, the distance to the installation site of the tested structures or objects, the proposed solution allows generating an IHW with the specified parameters in the shock tube, while expanding the range of these parameters, as well as reducing toxicity and cheapening when using it.

Claims

1. A method of generating an air shock wave, comprising supplying combustible gas and an oxidizing gas to the elastic shell to form an explosive gas mixture of stoichiometric composition, initiating an explosion of the gas mixture, characterized in that acetylene is used as the combustible gas, and the required amount of the concentration of the explosive gas mixture according to the specified parameters of the shock wave, the explosion is initiated by a detonation wave generator filled with a gas mixture of acetylene and an oxidizing gas of SBA lansed composition, the membrane separates the gas mixture in the sealing shell and the detonation wave generator.

2. The method according to p. 1, characterized in that the explosion of the gas mixture in the detonation wave generator is initiated by a high-voltage spark discharge.

3. The method according to PP. 1, 2, characterized in that the sealing shell is placed in the charging section of the shock tube.