RU2102783C1

RU2102783C1 - Method and device for creating artificial formation in upper atmosphere

Info

Publication number: RU2102783C1
Authority: RU
Inventors: Меркурий Иванович Ильин
Original assignee: Меркурий Иванович Ильин
Priority date: 1992-03-02
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 1998-01-20

Abstract

FIELD: weather investigations; creation of artificial formations by flying vehicles. SUBSTANCE: artificial formation is created in atmosphere by ejecting magnetic liquid into atmosphere. Upon its ejection and conduction of investigations, magnetic liquid is returned to sprayer. In the process, magnetic field is built up in liquid catching zone. These conditions are realized by means of special device. EFFECT: facilitated conditions for weather investigations. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретения относятся к области оздания искусственных образований (ИО) в верхних слоях атмосферы и могут быть использованы в гнофизических экспериментах, для экранирования объектов в разреженной атмосфере Земли. The invention relates to the field of creation of artificial formations (AI) in the upper atmosphere and can be used in gnophysical experiments to screen objects in a rarefied atmosphere of the Earth.

Известен способ создания ИО в верхних слоях атмосферы, включающий доставку на околоземную орбиту в резервуаре жидкого вещества и последующий его выброс и устройство для его реализации, содержащее размещенный внутри корпуса резервуар для жидкого вещества, распылитель и средство подачи жидкого вещества в распылитель [1]
Однако известные способ и устройство способны создавать ИО в течение относительно непродолжительного, ограниченного времени вследствие неэкономного использования жидкого вещества, обусловленного безвозвратными потерями его в окружающем пространстве после выброса.A known method of creating an IO in the upper atmosphere, including the delivery of liquid matter into a near-earth orbit in a reservoir and its subsequent release and a device for its implementation, comprising a reservoir for a liquid substance located inside the housing, a sprayer and means for supplying the liquid substance to the sprayer [1]
However, the known method and device is capable of creating IO for a relatively short, limited time due to the uneconomical use of a liquid substance, caused by irretrievable losses in the surrounding space after discharge.

Другим недостатком, вызванным полным рассеянием едва выпущенной наружу жидкости, является значительное загрязнение его окружающей среды в области выброса. Another disadvantage caused by the complete dispersion of the barely released fluid is the significant pollution of its environment in the discharge area.

Целью изобретений является увеличение времени существования ИО и экономия жидкого вещества. The aim of the invention is to increase the lifetime of the AI and save liquid matter.

Указанная цель достигается тем, что в способе создания искусственного образования (ИО) в верхних слоях атмосферы, включающем доставку на околоземную орбиту в резервуаре жидкого вещества и последующий его выброс с помощью распылителя, в резервуар в качестве жидкого вещества помещают магниточувствительную жидкость, которую после выброса и проведения исследовательских работ возвращают в распылитель для последующего выброса, причем в зоне улавливания жидкости создают магнитное поле соленоидальной конфигурации. This goal is achieved by the fact that in the method of creating artificial education (AI) in the upper atmosphere, including the delivery of liquid matter into a near-earth orbit in a reservoir and its subsequent ejection using a nebulizer, a magnetically sensitive liquid is placed in the reservoir as a liquid substance, which, after ejection and conducting research work is returned to the atomizer for subsequent discharge, and a magnetic field of the solenoidal configuration is created in the liquid collection zone.

Устройство, реализующее способ, содержащее размещенный внутри корпуса резервуар для жидкого вещества, распылитель и средство подачи жидкого вещества в распылитель, снабжают средством улавливания выброшенной жидкости, представляющим собой коллектор, состоящий из конусообразного сборного патрубка прилегающими к его стенкам постоянными магнитами и ряда раздаточных патрубков, причем полости всех патрубков соединены со средством подачи жидкого вещества, выполненным в виде центробежного нагнетателя, на оси которого со стороны отверстия конусообразного сборного патрубка, дополнительно установлен шнек, а распылитель выполнен из сложенной гибкой трубчатой кольцевой оболочки с выпускными отверстиями, скрепленной соединительными трубчатыми оболочками с раздаточными патрубками коллектора, при этом выпускные отверстия выполнены так, что после наполнения кольцевой оболочки жидким веществом их продольные оси сходятся на конусообразном сборном патрубке, кроме того, резервуар для жидкого вещества соединен с приводом вращения и снабжен средством подпитывания полости нагнетателя, состоящим из расположенного на периферии резервуара, по крайней мере, одного подпитывающего подпружиненного клапана, взаимодействующего через упругую ленту с размещенным на корпусе устройства толкателем, снабженным приводом. A device that implements a method for containing a liquid substance reservoir located inside the housing, a nebulizer and means for supplying liquid substance to the nebulizer is equipped with an ejected liquid trap, which is a collector consisting of a cone-shaped collecting nozzle adjacent to its walls by permanent magnets and a number of dispensing nozzles, moreover the cavities of all nozzles are connected to a fluid supply means made in the form of a centrifugal supercharger, on the axis of which from the side of the hole cone-shaped prefabricated nozzle, an additional screw is installed, and the sprayer is made of a folded flexible tubular annular shell with outlet openings, fastened by connecting tubular shells with distributor nozzles of the collector, while the outlet openings are made so that after filling the annular shell with liquid material, their longitudinal axes converge on a cone-shaped prefabricated nozzle, in addition, the reservoir for the liquid substance is connected to the rotation drive and provided with means for feeding the cavity STUDIO consisting of a reservoir disposed on the periphery of at least one spring loaded valve the make-up interacting via a flexible tape disposed on the housing pusher device provided with a drive.

Именно наличие конусообразного сборного патрубка и выполнение распылителя в виде кольцевой трубчатой оболочки, выпускные отверстия которой после наполнения оболочки своими продольными осями сходятся на сборном патрубке, позволяют уловить и возвратить обратно в распылитель выбрасываемую жидкость. А наличие постоянных магнитов, установленных под углом друг к другу на сборном патрубке, позволяет создать магнитное стационарное поле соленоидальной конфигурации, усиливающее эффект улавливания магниточувствительной жидкости, для последующего его выброса. It is the presence of a cone-shaped prefabricated nozzle and the implementation of the atomizer in the form of an annular tubular shell, the outlet openings of which, after filling the shell with their longitudinal axes, converge on the collecting nozzle, make it possible to catch and return the ejected liquid back to the atomizer. And the presence of permanent magnets mounted at an angle to each other on the collection nozzle allows you to create a stationary magnetic field of a solenoidal configuration, enhancing the effect of trapping magnetically sensitive liquid, for its subsequent ejection.

Таким образом достигается цель изобретения. Это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом. Thus, the object of the invention is achieved. This allows us to conclude that the claimed invention is interconnected by a single inventive concept.

На фиг.1 изображено устройство, реализующее способ создания ИО в верхних слоях атмосферы; на фиг.2 это же устройство в продольном разрезе, при этом на фигурах стрелками и штриховыми линиями показаны направления и траектории движения жидкого материала, а также светового потока подсвечивающего фонаря; на фиг. 3 показано сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 изображен фрагмент гибкой оболочки с выпускным отверстием; на фиг.5 представлена часть устройства со сложенными в исходном положении гибкими трубчатыми оболочками; на фиг.6 показана схема магнитных полей, создаваемых постоянным магнитом приемного патрубка. Figure 1 shows a device that implements a method of creating IO in the upper atmosphere; figure 2 is the same device in longitudinal section, while in the figures, arrows and dashed lines show the directions and trajectories of the liquid material, as well as the luminous flux of the illuminating lamp; in FIG. 3 shows a section AA in FIG. 2; figure 4 shows a fragment of a flexible shell with an outlet; figure 5 presents a part of the device with folded in the initial position, flexible tubular shells; figure 6 shows a diagram of the magnetic fields generated by the permanent magnet of the receiving pipe.

Устройство, реализующее способ, состоит из размещенного внутри корпуса 1 резервуара 2 для жидкого материала 3, средства подачи жидкого материала в распылитель, выполненного в виде центробежного нагнетателя 4. К центробежному нагнетателю примыкает коллектор, состоящей из конусообразного сборного патрубка 5, предназначенного для улавливания выброшенного жидкого материала и ряда раздаточных патрубков 6. Резервуар 2 и нагнетатель 4 снабжены приводом вращения, представляющим собой электродвигатель 7, прикрепленный к патрубку 5 с помощью кронштейнов 8. Резервуар может приводиться во вращение отдельно через редуктор с меньшей скоростью вращения по сравнению с нагнетателем 4. Распылитель выполнен из гибких трубчатых оболочек: кольцевой 9 и ряда соединительных оболочек 10, скрепленных одним концом с кольцевой оболочкой 9 (фиг. 4) а противоположным с раздаточными патрубками 6 коллектора. Гибкие оболочки могут быть выполнены из полимерного материала. В исходном положении до доставки на орбиту оболочки 9 и 10 находятся в сложенном виде, например, внутри сбрасываемого чехла 11 (фиг.5). Кольцевая оболочка 9 имеет выпускные отверстия 12, продольные оси которых после наполнения оболочек жидким материалом фокусируются на конусообразном патрубке 5. На оси центробежного нагнетателя, со стороны отверстия сборного патрубка 5 установлен дополнительно шток 13 для подачи на лопасти нагнетателя 4 улавливаемого патрубком 5 и отраженного или стекаемого с него жидкого материала 3. Периферийная часть резервуара 2 снабжена подпружиненным клапаном 14, предназначенным для выдачи жидкого материала в контур распылителя в случае первоначального его заполнения, а также подпитки в случае восполнения потерь, которые возникнут в процессе работы устройства. A device that implements the method consists of a tank 2 for liquid material located inside the housing 1, a means for supplying liquid material to the atomizer, made in the form of a centrifugal supercharger 4. A collector is adjacent to the centrifugal supercharger, consisting of a cone-shaped collecting nozzle 5 designed to catch the discarded liquid material and a number of dispensing nozzles 6. The reservoir 2 and the supercharger 4 are equipped with a rotation drive, which is an electric motor 7, attached to the nozzle 5 by means of crowns 8. The tank can be rotated separately through a gearbox with a lower rotation speed compared to a supercharger 4. The sprayer is made of flexible tubular shells: an annular 9 and a series of connecting shells 10 fastened at one end to an annular shell 9 (Fig. 4) and the opposite with distributor nozzles 6 collectors. Flexible shells can be made of polymeric material. In the initial position, prior to delivery into orbit, the shells 9 and 10 are folded, for example, inside the discharged cover 11 (Fig. 5). The annular shell 9 has outlet openings 12, the longitudinal axes of which, after filling the shells with liquid material, are focused on the cone-shaped nozzle 5. On the axis of the centrifugal blower, from the side of the opening of the collecting nozzle 5, an additional rod 13 is installed for supplying to the blades of the blower 4 caught by the nozzle 5 and reflected or drained from it liquid material 3. The peripheral part of the tank 2 is equipped with a spring-loaded valve 14, designed to dispense liquid material into the circuit of the atomizer in case of initial its filling, as well as recharge in case of replenishment of losses that will occur during the operation of the device.

На клапане 14 размещен ролик 15, взаимодействующий через закрепленную на внутренней поверхности корпуса 1 ленту 16 со средством открытия клапана, размещенным на внешней поверхности корпуса 1 и выполненным в виде толкателя 17 с электромагнитным приводом 18. Толкатель 17 приводится в действие в случае убыли жидкого материала и сопутствующему ему снижению давления в контуре распылителя, фиксируемого датчиком 19. Коаксиально сборному патрубку 5, прилегая к его стенкам изнутри, могут быть установлены фокусирующие постоянные магниты 20, например самарий-кобальтовые, создающие сильные магнитные поля соленоидальной конфигурации (фиг.6). Сборный патрубок 5 может быть образован непосредственно набором постоянных магнитов, плотно прилегающих друг к другу. Подобные поля будут предотвращать разбрызгивание жидкости на входе в коллектор в случае использования в качестве жидкого материала 3 магниточувствительной среды (магнитной суспензии, феррожидкости). Жидким материалом может быть также магнитная жидкость, обычно состоящая из трех компонентов: твердых магнитных частиц магнитика Fe₃O₄ коллоидных размеров 10 нм, жидкой основы и добавок ПАВ (поверхностно-активных веществ). Устройство снабжено также светильником подсвечивающим фонарем 21, устанавливаемым на продольной оси коллектора, а также блоком питания и управления 22. Вместо светильника-фонаря 21 могут быть установлены датчики приборов, регистрирующих характеристики атмосферы или отклонения траекторий струй магнитной жидкости. Реализация способа и работа устройства при этом происходят следующим образом.A roller 15 is placed on the valve 14, which interacts through a tape 16 fixed to the valve 1 fixed on the inner surface of the housing 1 and with a valve opener located on the outer surface of the housing 1 and made in the form of a pusher 17 with an electromagnetic drive 18. The pusher 17 is actuated in the event of loss of liquid material and accompanying a decrease in pressure in the nozzle circuit, fixed by the sensor 19. Coaxially to the collecting pipe 5, adjacent to its walls from the inside, focusing permanent magnets 20 can be installed, for example s-cobalt, creating a strong magnetic field of the solenoidal configuration (Figure 6). The prefabricated pipe 5 can be formed directly by a set of permanent magnets tightly adjacent to each other. Such fields will prevent spraying of liquid at the inlet to the collector in the case of using a magnetically sensitive medium (magnetic suspension, ferrofluid) 3 as a liquid material. A liquid material can also be a magnetic fluid, usually consisting of three components: solid magnetic particles of magnetic Fe ₃ O ₄ colloidal sizes of 10 nm, a liquid base and additives of surfactants (surfactants). The device is also equipped with a luminaire illuminating lamp 21, mounted on the longitudinal axis of the collector, as well as a power supply and control unit 22. Instead of the lamp-lantern 21, sensors can be installed that record the characteristics of the atmosphere or deviation of the trajectories of the jets of magnetic fluid. The implementation of the method and the operation of the device in this case are as follows.

После доставки устройства с помощью летательного аппарата, например ракетоносителя, на околоземную орбиту, в сильноразреженную среду, включают электродвигатель 7 и электромагнитные приводы 18. Толкатель 17 отожмет от корпуса 1 ленту 16, на которую, набегая, ролик 13 при вращении резервуара 2 будет одновременно отжимать подпружиненный клапан 14, открывая выход жидкому материалу из резервуара 2 в зазор между корпусом 1 и лопатками 4. Под действием этого нагнетателя жидкий материал будет поступать в гибкие трубчатые оболочки 9 и 10 распылителя, постепенно заполняя их и расплавляя из сложенного в развернутое положение, при котором кольцевая оболочка 9 примет торообразную форму, а соединительные оболочки 10, распрямившись, расположатся по образующим конической поверхности (сбрасываемый чехол 11 может быть удален давлением распрямляющихся оболочек 10 или специальным механизмом сдергивания, не показанным на фигурах). При этом продольные оси выпускных отверстий 12 сойдутся (сфокусируются) на конусообразном сборном патрубке 5. After the device is delivered using an aircraft, for example, a rocket carrier, to low Earth orbit, in a highly rarefied medium, an electric motor 7 and electromagnetic drives 18 are turned on. The pusher 17 will squeeze the tape 16 from the housing 1, onto which, upon running, the roller 13 will simultaneously squeeze out while rotating the tank 2 a spring-loaded valve 14, opening the outlet of liquid material from the tank 2 to the gap between the housing 1 and the blades 4. Under the action of this supercharger, the liquid material will enter the flexible tubular shells 9 and 10 of the atomizer, foam filling them and melting them from the folded to the deployed position, in which the annular shell 9 takes a toroidal shape, and the connecting shells 10, straightened, are located on the generatrices of the conical surface (the discharged cover 11 can be removed by the pressure of the straightened shells 10 or by a special pulling mechanism not shown in the figures). In this case, the longitudinal axis of the outlet openings 12 converge (focus) on the cone-shaped collecting pipe 5.

Первоначальное заполнение контура распылителя может производиться также запасом жидкого материала из другого, специального резервуара (на фигурах не показан). В этом случае жидкий материал резервуара 2 будет использоваться только для подпитки, восполняющей потери в контуре в процессе полета по орбите. По достижении заданного давления внутри оболочек отверстия 12 откроются и жидкий материал устремится в сторону сборного патрубка 5. Совокупность множества струй образует полую коническую фигуру. Отразившись от конической поверхности патрубка 5 жидкость попадает на шнек 13, который направляет ее на лопасти нагнетателя 4. Уменьшение разбрызгивания и удержанию жидкого материала в центральной части коллектора, в районе шнека 13 будут способствовать также и постоянные магниты 20, если в качестве жидкого материала 3 использовать магниточувствительные (ферромагнитные) жидкости. При этом силовое взаимодействие поля постоянных магнитов с жидким материалом - магнитной жидкостью будет происходить следующим образом. Благодаря установке постоянных магнитов под углом друг к другу (фиг.6) в зазоре между ними создается стационарное неоднородное магнитное поле, в котором твердые частицы магнитной жидкости, втягиваясь в область более сильного поля, расположенного в устье сборного конусообразного патрубка 5, передают перемещения жидкой основы и увлекают ее за собой. Таким образом, происходит захват, удержание и перемещение капель жидкого материала. The initial filling of the spray circuit can also be carried out by a supply of liquid material from another, special tank (not shown in the figures). In this case, the liquid material of the tank 2 will be used only for replenishment, making up for losses in the circuit during the flight in orbit. Upon reaching a predetermined pressure inside the shells, the openings 12 will open and the liquid material will rush towards the collection pipe 5. The set of many jets forms a hollow conical shape. Reflected from the conical surface of the nozzle 5, the liquid enters the auger 13, which directs it to the blades of the supercharger 4. The permanent magnets 20 will also contribute to the reduction of the spatter and retention of the liquid material in the central part of the collector 13, if the liquid material 3 is used magnetosensitive (ferromagnetic) liquids. In this case, the force interaction of the field of permanent magnets with a liquid material - magnetic fluid will occur as follows. Due to the installation of permanent magnets at an angle to each other (Fig. 6), a stationary inhomogeneous magnetic field is created in the gap between them, in which the solid particles of the magnetic fluid are pulled into the region of a stronger field located at the mouth of the cone-shaped nozzle 5 and transmit the movements of the liquid base and carry her along with them. Thus, the capture, retention and movement of droplets of liquid material occurs.

Под действием нагнетателя 4 уловленная жидкость 3 будет повторно закачиваться внутрь оболочек 9 и 10 и таким образом будет происходить ее постоянный круговорот. Для восполнения потерь жидкости, которые могут происходить, например, в результате испарения, автоматически, по сигналам с датчиков 19 включаются электромагнитные приводы 18, открывающие клапаны 14 и производится подпитка контура распыления жидкостью из резервуара 2. Подсвечивающий фонарь 21 будет изнутри освещать полый жидкостный конус, повышая его контрастность и видимость на окружающем фоне в случае нахождения устройства в тени Земли. При установке вместо фонаря 21 датчиков будут измеряться характеристики атмосферы внутри жидкостного конуса распыляемого материала. В безвоздушном пространстве в состоянии невесомости надувная трубчатая конструкция будет устойчиво сохранять форму, а струи жидкости беспрепятственно, практически без встречного сопротивления среды, не разрушаясь в компактном виде, без существенных потерь (согласно исследованиям [3]) будут преодолевать пространство от торообразной оболочки до сборного патрубка коллектора. Эта конструкция в рабочем состоянии может иметь значительные размеры: от 10 до 200 м по длине. Under the action of the supercharger 4, the trapped liquid 3 will be re-pumped into the shells 9 and 10 and thus its constant circulation will occur. To compensate for the liquid losses that may occur, for example, as a result of evaporation, the electromagnetic actuators 18 are turned on by the signals from the sensors 19, opening the valves 14 and the spray circuit is charged with liquid from the tank 2. The illuminating lamp 21 will illuminate the hollow liquid cone from the inside, increasing its contrast and visibility against the surrounding background when the device is in the shadow of the Earth. When installing instead of the flashlight 21 sensors, the atmospheric characteristics inside the liquid cone of the sprayed material will be measured. In airless space in zero gravity, the inflatable tubular structure will steadily maintain its shape, and the liquid jets will freely, without collapsing medium resistance, without collapsing in a compact form, without significant losses (according to studies [3]) will overcome the space from the toroidal shell to the collection pipe collector. This design in working condition can have significant dimensions: from 10 to 200 m in length.

В качестве жидкого материала можно использовать ферромагнитные жидкости на кремнийорганической основе, например, типа ПЭС-5 или С1-20, а также ТУ 49-2-1-85. Эти феррожидкости большой намагниченностью насыщения (не менее 20 кА/м) и более широким диапазоном рабочих температур (±50^oС) по сравнению с жидкостями аналогичного назначения на углеводородной или водной основах. А струи из этой жидкости, благодаря вязкостным свойствам, не разрушаются в разреженной среде. Как показали исследования в случае использования плоских самарий-кобальтовых магнитов с размерами 40•123•136 мм и магнитными характеристиками: остаточной индукцией Br (0,78 0,84)Тл, коэрцитивной силой Hc (573-652,5)кА/м, расположенных (установленных) под углом друг к другу в образующем между ними рабочем зазоре в виде трапеции с нижним основанием 50 мм, верхним 130 мм и высотой 150 мм достигается градиент напряженности ΔH 2,6•10⁶ А/м². На частицу магнитной жидкости объемом V и намагниченностью насыщения M_s, находящуюся в неоднородном магнитном поле, действует сила, направленная в область сильного поля f_м= μ_omΔH
Здесь μ_o 4•10^-7 Гц/м магнитная проницаемость вакуума; m MsV магнитный момент частицы.As a liquid material, it is possible to use ferromagnetic fluids on an organosilicon basis, for example, of the type PES-5 or C1-20, as well as TU 49-2-1-85. These ferrofluids have a large saturation magnetization (not less than 20 kA / m) and a wider range of operating temperatures (± 50 ^o C) in comparison with liquids of a similar purpose on a hydrocarbon or aqueous basis. And the jets from this liquid, due to the viscous properties, are not destroyed in a rarefied medium. As studies have shown in the case of using flat samarium-cobalt magnets with dimensions 40 • 123 • 136 mm and magnetic characteristics: residual induction Br (0.78 0.84) T, coercive force Hc (573-652.5) kA / m, located (installed) at an angle to each other in the working gap between them in the form of a trapezoid with a lower base of 50 mm, an upper 130 mm and a height of 150 mm, a tension gradient of ΔH 2,6 • 10 ⁶ A / m ^{2 is} achieved. A magnetic fluid particle with volume V and saturation magnetization M _s located in an inhomogeneous magnetic field is affected by a force directed to the region of a strong field f _m = μ _o mΔH
Here μ _o 4 • 10 ^-7 Hz / m the magnetic permeability of the vacuum; m MsV is the magnetic moment of the particle.

Оценочные расчеты, проведенные с использованием этой формулы, показывают, что сила магнитного поля, создаваемая упомянутыми выше магнитами, способна остановить и удержать большинство капель жидкости, отскочивших после соударения с приемным конусообразным сборным патрубком. Evaluation calculations performed using this formula show that the magnetic field generated by the magnets mentioned above is able to stop and hold most of the liquid droplets that have bounced after colliding with a receiving cone-shaped collecting pipe.

Claims

1. A method of creating an artificial formation in the upper atmosphere, including the delivery of liquid matter into a near-earth orbit in a reservoir and its subsequent ejection using a nebulizer, characterized in that a magnetically sensitive liquid is placed in the reservoir as a liquid substance, which is returned after ejection and research into the atomizer for subsequent discharge, and in the area of liquid collection create a stationary magnetic inhomogeneous field of a solenoidal configuration.

2. A device for creating an artificial formation in the upper atmosphere, containing a reservoir for a liquid substance located inside the housing, a spray gun and means for supplying a liquid substance to the spray gun, characterized in that it is provided with a means for capturing the ejected liquid, consisting of a collection nozzle with adjacent walls permanent magnets and equipped with a number of dispensing nozzles, and the cavity of all nozzles are connected to a means of supplying liquid substance to the atomizer, made in the form of a supercharger connected to the drive, and the sprayer is made of a folded flexible tubular shell with outlet openings, fastened by connecting tubular shells with dispensing nozzles, while the outlet openings are made so that after filling the annular shell with liquid material, their longitudinal axes converge on the collecting nozzle, a reservoir for liquid the substance is equipped with a means for feeding the supercharger cavity with this fluid, made in the form of a valve with a drive.