Спосіб візуалізації газових потоків при моделюванні процесів в приладах зниження рівня звуку пострілу

Реферат: Спосіб візуалізації газових потоків при моделюванні процесів в приладах зниження рівня звуку пострілу належить до галузі експериментальної газової динаміки та до систем випробування стрілецької зброї. Спосіб включає введення барвника в потік, обдування ним моделі і фіксацію картини візуалізації. Барвник вводять в потік шляхом дії на нього ударною хвилею, яка утворюється при імпульсному відкриванні клапана або руйнуванні діафрагми, на поверхні яких перед цим розташовують порції барвника. Спосіб забезпечує підвищення достовірності і якості вимірюваних параметрів при моделюванні умов пострілу, що підвищує його ефективність. UA 98164 C2 (12) UA 98164 C2 UA 98164 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області експериментальної газової динаміки, а також до систем випробування приладів зниження рівня звуку пострілу (ПЗРЗП) стрілецької зброї. Відомий ряд способів візуалізації, що базуються на використанні барвників, які застосовуються, зокрема, в експериментах з шумозаглушуючими пристроями (Чжен П. Управление отрывом потока/ П. Чжен: Пер. с англ. - М.: Мир, 1979.- 552с.). Проте, при газодинамічному моделюванні умов пострілу в порожнині ПЗРЗП (що характеризуються короткими проміжками часу протікання процесу - 0,01-0,001 с і високим тиском) можлива низька якість картини візуалізації і її інтегральний характер від впливу декількох режимів витікання при пострілі. Крім того, вказані способи непридатні при великому тиску моделювання через повне винесення речовини, що візуалізує обтікання. Спосіб визначення картини обтікання поверхні газовим потоком з використанням стрілецької зброї і боєприпасів описано в роботі (Ручное огнестрельное оружие бесшумного боя. Приборы снижения уровня звука выстрела для автоматов. Проектирование и экспериментальная отработка / Коновалов Н.А., Пилипенко О.В., Скорик А.Д., Кваша Ю.А., Коваленко В.И. Днепропетровск: НАН Украины и НКА Украины, Институт технической механики, 2008. - 303 с.). В цьому способі речовиною, що візуалізує обтікання, є продукти згорання пороху при пострілі, а моделлю, що досліджується, - натуральні поверхні зброї і глушника. Недолік вказаного способу полягає у використанні досить складного і високовартісного устаткування, яке включає, перш за все, бойову зброю і боєприпаси, а також додержання обов'язкових умов їх використання (тири, полігони, навчений і перевірений персонал і ін.), що призводить до істотного підвищення вартості випробувань. Складність способу призводить до зростання собівартості кінцевого результату. Найближчим по своїй технічній суті до винаходу, що заявляється (прототипом), є так званий «метод запилення», описаний в роботі (Чжен П. Управление отрывом потока / П.Чжен: Пер. с англ. - М.: Мир, 1979. - 552 с.). По цьому способу перед експериментом поверхня моделі покривається тонким шаром масла. Частинки пилу вводяться в потік через насадок і відносяться поворотною течією в зону відриву. Найчастіше хмара пилу створюється за допомогою тальку. Якщо модель покрита тонкою плівкою масла, частинки пилу, прилипаючи до неї, утворюють різко обкреслені запилені області. Загальними ознаками відомого технічного рішення і того, що заявляється, є: введення барвника в потік, обдування ним моделі і фіксація картини візуалізації. Недоліками прототипу-способу є той факт, що при швидкоплинних процесах (0,01-0,001 с) картина візуалізації буде низької якості, матиме інтегральний характер від впливу декількох режимів витікання. Вказаний спосіб малопридатний при великому тиску моделювання через повне винесення масляної плівки. В основу запропонованого винаходу поставлено задачу удосконалення способу візуалізації газових потоків при моделюванні процесів в приладах зниження рівня звуку пострілу, що включає введення барвника в потік, обдування ним моделі і фіксацію картини візуалізації шляхом введення барвника в потік при дії на нього ударною хвилею, яка утворюється, наприклад, при імпульсному відкриванні клапана або руйнуванні діафрагми, на поверхні яких перед цим розташовують порції барвника, що підвищує достовірність і якість вимірюваних параметрів при моделюванні умов пострілу. А це підвищує його ефективність. Поставлена задача вирішується тим, що в способі візуалізації газових потоків при моделюванні процесів в приладах зниження рівня звуку пострілу, який включає введення барвника в потік, обдування ним моделі і фіксацію картини візуалізації, барвник вводять в потік шляхом дії на нього ударною хвилею, яка утворюється, наприклад, при імпульсному відкриванні клапана або руйнуванні діафрагми, на поверхні яких перед цим розташовують порції барвника. Крім того, барвник має складові, схожі з продуктами згорання пороху, наприклад сажу. Крім того, порції барвника мають кольори основного спектра. Такі істотні відмітні ознаки способу візуалізації газових потоків при моделюванні умов пострілу, як «... барвник вводять в потік шляхом дії на нього ударною хвилею, яка утворюється, наприклад, при імпульсному відкриванні клапана або руйнуванні діафрагми, на поверхні яких перед цим розташовують порції барвника», є достатніми у всіх випадках, на які розповсюджується обсяг правового захисту. Решта відмітних ознак характеризує спосіб в окремих випадках його здійснення. Наявність в способі візуалізації газових потоків при моделюванні умов пострілу операцій «... барвник вводять в потік шляхом дії на нього ударною хвилею, яка утворюється, наприклад, при імпульсному відкриванні клапана або руйнуванні діафрагми, на поверхні яких перед цим розташовують порції барвника», дозволить моделювати умови пострілу: дозовано ввести 1 UA 98164 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 барвник в потік у вигляді дрібнодиспергованої аерозолі, імітувати хмару продуктів згорання і забезпечити необхідні і достатні умови візуалізації. При реалізації способу, що заявляється, можливо випробовувати прилади зниження рівня звуку пострілу при умовах, граничних з робочими і номінальними (тобто підвищити достовірність параметрів, що вимірюються і оцінюються), і від яких залежить його ефективність (вхідних, внутрішніх і експлуатаційних). Крім того, підвищується достовірність газодинамічного експерименту завдяки відсутності температурних чинників. Наявність в способі ознаки - «барвник має складові, схожі з продуктами згорання пороху, наприклад сажу», дозволить максимально змоделювати умови пострілу і зробити спосіб візуалізації максимально достовірним і інформативним. Наявність в способі ознаки - «порції барвника мають кольори основного спектра», дозволить максимально використовувати інформативність картин візуалізації завдяки спостереженню градацій яскравості і насиченості кольору. Суть запропонованого винаходу пояснюється графічними матеріалами, де на фіг. 1 зображена схема установки для реалізації способу візуалізації газових потоків при моделюванні умов пострілу стрілецької зброї. На фіг. 2 показано фотографії варіантів розривних діафрагм для реалізації способу. На фіг. 3 і фіг. 4 показані фотографії картин візуалізації, отриманих за допомогою способу, що заявляється. Спосіб реалізується, наприклад, за допомогою ударної установки (фіг. 1), що містить: джерело високого тиску повітря, систему його подачі (наприклад, вентиль 1, редуктор 2 і клапан 3), порожнини тиску 4 і 5, розривну діафрагму 6 і досліджувану модель 7 (наприклад, прилад зниження рівня звуку пострілу стрілецької зброї). Перед початком випробувань біля розривної діафрагми 6 розташовують порції (порошкоподібного або змішаного з рідиною) барвника 8. Розривні діафрагми 9-11 (фіг. 2) виконані з металів або органічних матеріалів. Для реалізації способу в порожнину 4 подають повітря для забезпечення розриву діафрагми 6. Для цього відкривають вентиль 1 і клапан 3, редуктором тиску 2 задають потрібне значення тиску. Далі за допомогою редуктора 2, підвищуючи тиск в патрубку 4, добиваються розриву діафрагми 6. В даному випадку (фіг. 1) це відбувається через руйнування пластини діафрагми 6, напруга в матеріалі якої перевищить межу його міцності. За наявності відповідного перепаду тиску на діафрагмі 6, після її руйнування, потік газу розповсюджуватиметься в режимі надзвукової течії по патрубку 5. Система стрибків ущільнення і градієнти щільності в потоці розпорошать барвник 8 і доставлять до поверхонь моделі 7. Випробування приладу зниження рівня звуку пострілу (ПЗРЗП) проводилося на установці, яка відповідає фіг. 1. Досліджуваною моделлю був прилад зниження рівня звуку пострілу ПБСІТМ-5 (Рис. 8.7, стр. 245 в книзі «Ручное огнестрельное оружие бесшумного боя. Приборы снижения уровня звука выстрела для автоматов. Проектирование и экспериментальная отработка / Коновалов Н.А., Пилипенко О.В., Скорик А.Д., Кваша Ю.А., Коваленко В.И. Днепропетровск: НАН Украины и НКА Украины, Институт технической механики, 2008. - 303 с.»). Перед випробуваннями установка була підключена до магістралей стиснутого повітря. Управління подачею повітря здійснювалося з пульта управління. Повітря, що подається, очищене від вологи і масел. Перевірено приладами і візуально герметичність пневматичних систем і заземлення установки. Проводилась візуалізація картини обтікання поверхонь ПЗРЗП (фіг. 1) і струменя за його зрізом. Як барвник використовувався сурик свинцевий в порошку або сажа газова ГОСТ 25699.14-93 в суміші з маслом мінеральним ГОСТ 20799-88. Запуск установки здійснювався в такій послідовності. Вхідний тиск повітря до р=4,0 МПа. Поперечна перегородка (діафрагма) 6 клапана (фіг. 1) виготовлялася із сталі 12Х18Н10Т, товщиною 0,1 мм. Стиснуте повітря подавалося на вхід в глушник при відкритих вентилі 1 і клапані 3. Його тиск регулювався за допомогою редуктора 2. Тиск підвищувався до руйнування пластини 6. Контролювався тиск манометром (фіг. 1). Отримані дані заносилися в журнал випробувань. Результати візуалізаційних випробувань представлено на фіг. 3 і фіг. 4. На фіг. 3 позицією а) позначено результати візуалізації способом, що заявляється. Там же позицією б) позначено сліди порохових газів, отримані при натурних випробуваннях глушника на стрілецькій зброї. При порівнянні областей обтікання 12-13 і 14-15 видно схожість картин протікання на площинах поперечних перегородок камер ПЗРЗП. Фіг. 4 демонструє картину течії на виході з глушника. Враховуючи сукупність відмінних ознак і результати експериментальної перевірки, заявник і автори вважають, що заявлений спосіб порівняно з прототипом, підвищує достовірність і якість візуалізації при моделюванні умов пострілу в порожнинах ПЗРЗП. 60 2 UA 98164 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 1. Спосіб візуалізації газових потоків при моделюванні процесів в приладах зниження рівня звуку пострілу, що включає введення барвника в потік, обдування ним моделі і фіксацію картини візуалізації, який відрізняється тим, що барвник вводять в потік шляхом дії на нього ударною хвилею, що утворюється при імпульсному відкриванні клапана або руйнуванні діафрагми, на поверхні яких перед цим розташовують порції барвника. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що барвник має складові, схожі з продуктами згорання пороху, наприклад сажу. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що порції барвника мають кольори основного спектра 3 UA 98164 C2 Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4