Устройство для определения параметров горения материалов в невесомости

 

Изобретение относится к противопожарной технике летательных аппаратов и может быть использовано в космической технике. Устройство содержит камеру горения с боковыми и торцевой стенками, внутри которой размещено n исследуемых образцов (где n = 1, 2,..., k) и два зажигателя с электрическими спиралями, установленными на держателях для торцевого и бокового поджигания исследуемых образцов. Второй зажигатель с электрической спиралью установлен на держателе с возможностью подвода электрической спирали к боковой поверхности исследуемого поджигаемого образца. Зажигатель установлен в полости, проходящей через продольную ось исследуемого поджигаемого образца, противоположная поверхность которого снабжена подложкой из жаростойкого материала. Технический результат - расширение возможностей по исследованию процесса горения неметаллических материалов при обтекании их вентиляционным потоком со скоростью. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области противопожарной техники летательных аппаратов и может быть использовано в космической технике, в частности, для исследования предельной для горения скорости газового потока с целью разработки и реализации концепции обеспечения пожарной безопасности в герметичных отсеках космической станции без использования огнетушащих веществ методом, основанным на торможении потока в зоне обнаружения возгорания.

Известна создаваемая в США установка для исследования на космическом аппарате "Спейс Шаттл" параметров горения и распространения пламени в условиях низкой гравитации с конвективными потоками малой скорости [1].

Известная установка содержит камеру горения с подсистемой введения/возвращения исследуемого образца, внутри которой исследуемые образцы для горения закрепляются в держателе. "Термически тонкие" листовые материалы (бумага, пластик и др.) закрепляются между двумя пластинами. Запальник для образца объединяет электрическую и химическую технологии поджигания - нихромовая проволока закреплена на листовом образце с одного его конца. Над проволокой на этой стороне образца нанесен слой нитроцеллюлозы. Когда 2-амперный ток пропускается по нихромовой проволоке, тепловыделение, обусловленное сопротивлением проводника, поджигает нитроцеллюлозу, которая в свою очередь поджигает листовой образец.

Однако известное устройство по проведению эксперимента в условиях отсутствия гравитации имеет следующие недостатки: большие габаритно-массовые характеристики; сложный механизм замены исследуемых образцов; невозможность обеспечения исследования процесса горения при боковом поджигании исследуемых образцов; возможность искажения достоверности проведения эксперимента по исследованию горения образца; зажигатель, смонтированный в образцах круглого или прямоугольного сечения, имеет очень малую собственную поверхность отдачи (передачи) тепла для поджигания образца, что потребует подачи на зажигатель тока большой силы.

Известно устройство для определения параметров горения материалов в невесомости по патенту 2038588 от 27.06.95 г., выбранное в качестве прототипа и содержащее камеру горения с боковыми и торцевой стенками, внутри которой размещено n исследуемых образцов (где n = 1, 2,...,k), первый зажигатель с электрической спиралью, установленный на держателе с возможностью подвода электрической спирали к торцу исследуемого поджигаемого образца, при этом камера горения снабжена окном, выполненным из прозрачного материала в боковой стенке камеры горения.

В известном устройстве можно проводить исследования горения неметаллических материалов лишь при торцевом обдуве образцов. Однако вопросы, связанные с развитием очага возгорания на поверхности элементов конструкции в известном устройстве, не могут быть реализованы, так как зажигатель с электрической спиралью может обеспечить только торцевое поджигание исследуемого образца.

Задачей изобретения является расширение возможностей по исследованию процесса горения образцов неметаллических материалов при обтекании их вентиляционным потоком со скоростью от 0,5 до 20 см/с при горении как на торцевой, так и на боковой (плоской) поверхности образца конструкционного материала на толстых образцах реальных материалов, а также повышение качества потока при обтекании образцов вентиляционным потоком.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для определения параметров горения материалов в невесомости, содержащем камеру горения с боковыми и торцевой стенками, внутри которой размещено n исследуемых образцов (где n = 1, 2,...,k), первый зажигатель с электрической спиралью, установленный на держателе с возможностью подвода электрической спирали к торцу исследуемого поджигаемого образца, при этом камера горения снабжена окном, выполненным из прозрачного материала в боковой стенке камеры горения, введен второй зажигатель с электрической спиралью, установленный на держателе с возможностью подвода электрической спирали к боковой поверхности исследуемого поджигаемого образца в плоскости, проходящей через продольную ось данного образца, противоположная поверхность которого снабжена подложкой из жаростойкого материала.

Боковые стенки камеры горения предлагается выполнить с противоположно расположенными нишами под зажигатели с электрическими спиралями, держатели которых являются крышками, каждая из которых лежит в плоскости боковой стенки камеры горения, закрывая нишу.

Введение второго зажигателя с электрической спиралью, установленного на держателе с возможностью подвода электрической спирали к боковой поверхности исследуемого поджигаемого образца, позволит проводить исследование фронта пламени, распространяющегося по поверхности исследуемого поджигаемого образца, как вперед по потоку, так и навстречу вентиляционному потоку при изменении его скорости от 0,5 до 20 см/с, а введение подложки из жаростойкого материала, которой снабжена противоположная сторона исследуемого поджигаемого образца, позволит проводить исследования пристеночного слоя исследуемого поджигаемого образца, а также предотвратит отделение несгоревших частиц исследуемого образца, которые могут создать помехи проведению эксперимента до полного прекращения его.

Размещение первого зажигателя с электрической спиралью, установленного на держателе с возможностью подвода к торцу исследуемого поджигаемого образца в зоне вентиляционного потока, влияет на качество потока, искажая достоверность проведения эксперимента, а введение второго зажигателя с электрической спиралью, установленного на держателе с возможностью подвода электрической спирали к боковой поверхности исследуемого поджигаемого образца, может усугубить вносимые искажения, что может быть устранено выполнением боковых стенок камеры горения с противоположно расположенными нишами для зажигателей с электрической спиралью, держатели которых являются крышками, каждая из которых лежит в плоскости боковой стенки камеры горения, закрывая нишу.

Изобретение поясняется чертежами, изображенными на фиг. 1,2,3,4.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства для определения параметров горения материалов в невесомости.

На фиг. 2 показана схема подвода электрической спирали к торцу исследуемого поджигаемого образца.

На фиг. 3 показана схема подвода электрической спирали к боковой поверхности исследуемого поджигаемого образца.

На фиг. 4 показана схема расположения исследуемых образцов, закрепленных на поворотных барабанах в исходном положении.

Устройство содержит камеру горения 1, на входе в которую установлен фильтр механических примесей 2. Первый зажигатель 3 с электрической спиралью 4 закреплен на держателе 5, выполненном в виде крышки 6, размещен в нише 7 боковой стенки 8 камеры горения 1. Второй зажигатель 9 с электрической спиралью 10 закреплен на держателе 11, выполненном в виде крышки 12, размещен в нише 13 боковой стенки 14 камеры горения 1. Первый и второй зажигатели 3 и 9 в исходном положении расположены соответственно в нишах 7 и 13 боковых стенок 8 и 14 камеры горения 1 таким образом, что крышки 6 и 12, закрывающие ниши 7 и 13 камеры горения 1, находятся в одной плоскости с боковыми стенками 8 и 14 камеры горения 1. Исследуемые образцы 15 для исследования процесса горения при торцевом поджигании, имеющие различную форму поперечного сечения: круглую, квадратную, прямоугольную и др., жестко закреплены на поворотном барабане 16. Исследуемые образцы 17 для исследования процесса горения при боковом поджигании, имеющие прямоугольную форму поперечного сечения, снабжены подложкой 18 из жаропрочного материала и жестко закреплены на поворотном барабане 19.

Для наблюдения и управления процессами подвода зажигателей 3 и 9 к исследуемым образцам, закрепленным на барабанах 16 и 19, камера горения 1 снабжена окном 20, выполненным из прозрачного материала в боковой стенке камеры горения 1, а управление поворотом барабанов 16 и 19 осуществляется снаружи камеры горения 1 с помощью приводных ручек 21 и 22, имеющих фиксированное положение каждого исследуемого поджигаемого образца вдоль продольной оси 23 камеры горения 1.

Один исследуемый образец 15 или 17, предназначенный для поджигания, с помощью приводных ручек 21 или 22 устанавливается таким образом, что их продольная ось 24 или 25 располагается вдоль продольной оси 23 камеры горения 1.

Устройство работает следующим образом.

Поворотные барабаны 16 и 19 с жестко закрепленными исследуемыми поджигаемыми образцами 15 и 17 находятся в исходном положении (фиг. 4). Эксперимент проводится поочередно с образцами, закрепленными на одном поворотном барабане, затем с образцами, закрепленными на другом поворотном барабане. Перед началом проведения эксперимента один исследуемый поджигаемый образец, например 15, закрепленный на поворотном барабане 16 с помощью приводной ручки 21, устанавливается таким образом, что его продольная ось 24 находится вдоль продольной оси 23 камеры горения 1. Первый зажигатель 3, установленный на держателе 5, выводится из исходного положения и электрическая спираль 4 подводится к торцу исследуемого поджигаемого образца 15. Зажигание исследуемого поджигаемого образца 15 производится с помощью электрической спирали 4. При этом вентиляционный поток, проходящий через фильтр механических примесей 2 в камеру горения 1, обдувает поджигаемый образец.

После зажигания исследуемого поджигаемого образца 15 зажигатель 3 с электрической спиралью 4, установленный на держателе 5, возвращается в исходное положение. По прекращении процесса горения с помощью приводной ручки 21 поворотный барабан 16 устанавливается в исходное положение. Второй исследуемый поджигаемый образец 17, закрепленный на поворотном барабане 19, с помощью приводной ручки 22 устанавливается таким образом, что его продольная ось 25 находится вдоль продольной оси 23 камеры горения 1 и в одной плоскости с зажигателем 9. Зажигатель 9, установленный на держателе 11, выводится из исходного положения и электрическая спираль 10 подводится к боковой поверхности исследуемого поджигаемого образца 17. Для получения более наглядной картины распространения фронта пламени по поверхности исследуемого поджигаемого образца 17 с целью повышения качества исследования процесса горения электрическая спираль 10 подводится к центральной части боковой поверхности исследуемого поджигаемого образца 17. После зажигания исследуемого образца 17 зажигатель 9 с электрической спиралью 10, установленный на держателе 11, возвращается в исходное положение. Подложка 18, которой снабжена противоположная сторона исследуемого поджигаемого образца 17, предотвращает отделение несгоревших частиц образца.

В исходном положении зажигатели 3 и 9 расположены соответственно в нишах 7 и 13 боковых стенок 8 и 14 камеры горения 1 таким образом, что держатели 5 и 11, являющиеся крышками 6 и 12, закрывая ниши 7 и 13 камеры горения 1, находятся в одной плоскости с боковыми стенками 8 и 14 камеры горения 1, при этом в проточной части камеры горения 1 не остается выступающих элементов конструкции, возмущающих вентиляционный поток воздуха, искажая достоверность проведения эксперимента. Наблюдение и управление процессами подвода зажигателей 3 и 9 к исследуемым образцам осуществляется через окно 20 в боковой стенке камеры горения 1.

Устройство для определения параметров горения материалов в невесомости - уникальное устройство, позволяющее проводить исследования процесса горения неметаллических материалов в невесомости при воздействии равномерного набегающего потока воздуха, моделирующего газодинамические условия на космической станции при работе средств вентиляции на образцах реальных материалов как при торцевом, так и при боковом поджигании образцов.

Отсутствие в проточной части камеры горения выступающих элементов конструкции и застойных зон за счет выведения зажигающего устройства из вентиляционного потока после зажигания исследуемого образца обеспечивает качество набегающего потока при проведении эксперимента.

Источники информации: 1. NASA СR-182114, W.W. Youngblood, Spacecraft Fire-Safety Experiments for Space Station. Technology Development Mission (Эксперименты по пожарной безопасности космических аппаратов для космической станции. Технологический полет). Wyle Laboratories, Huntsville, Alabama, 1988. Технический перевод N 19/90, инв. номер подлинника 17834.

2. Патент 2006841 G 01 N 25/52, приоритет 07.06.91 г. - прототип.

3. Обработка результатов третьей серии космических экспериментов в ЭУ "Скорость". Техническая справка инв.N 2897. Исследовательский Центр им. М.В. Келдыша, Москва, 1998 г.

Формула изобретения

1. Устройство для определения параметров горения материалов в невесомости, содержащее камеру горения с боковыми и торцевой стенками, внутри которой размещено n исследуемых образцов, где n = 1, 2,..., k, первый зажигатель с электрической спиралью, установленный на держателе с возможностью подвода электрической спирали к торцу исследуемого поджигаемого образца, при этом камера горения снабжена окном, выполненным из прозрачного материала в боковой стенке камеры горения, отличающееся тем, что в него введен второй зажигатель с электрической спиралью, установленный на держателе с возможностью подвода электрической спирали к боковой поверхности исследуемого поджигаемого образца в плоскости, проходящей через продольную ось данного образца, которая располагается вдоль продольной оси камеры горения, при этом противоположная поверхность образца снабжена подложкой из жаростойкого материала.

2. Устройство для определения параметров горения материалов в невесомости по п.1, отличающееся тем, что в нем боковые стенки камеры горения выполнены с противоположно расположенными нишами под зажигатели с электрическими спиралями, держатели которых являются крышками, каждая из которых лежит в плоскости боковой стенки камеры горения, закрывая нишу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4