RU2494607C1

RU2494607C1 - Aircraft generator of ice crystals

Info

Publication number: RU2494607C1
Application number: RU2012117644/13A
Authority: RU
Inventors: Залим Махтиевич Атабиев; Махти Джафарович Атабиев; Хаджи-Мурат Хасанович Байсиев
Original assignee: Федеральное государственное бюджетное учреждение "ВЫСОКОГОРНЫЙ ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ" (ФГБУ ВГИ)
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-10-10

Abstract

FIELD: agriculture.

SUBSTANCE: generator of ice crystals comprises a Dewar's vessel with liquid nitrogen placed in a plane, the lid with a pressure gauge and clamps for attaching to the neck of the Dewar's vessel. Along the axis of the lid a supply pipe is placed, one end of which is provided with a sprayer and is placed outside of the plane in the incoming air flow, and the second end through the cap is put into the Dewar's vessel and is dipped in liquid nitrogen. The generator comprises a device for supply of liquid nitrogen through the supply pipe to the sprayer, and a tube of emergency de-pressurisation. In order to simplify the construction of the device and to increase reliability and safety of its operation, the lid is made in the form of a return valve and is spring-loaded to the neck of the Dewar's vessel with resilient clamps. At that the side surface of the lid which is in contact with the inner side surface of the neck comprises a drainage channel connecting the gas space of the Dewar's vessel with the outside environment when the pressure in it reaches the critical threshold. The device for the forced supply of liquid nitrogen to the sprayer is made in the form of a conical shield placed outside of the plane, and the sprayer is located along the axis of the conical shield and is directed toward the direction opposite the plane movement.

EFFECT: use of this invention enables to improve reliability of the device operation.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области технических средств, предназначенных для генерации ледяных кристаллов путем распыления жидкого азота в переохлажденную облачную среду с использованием самолета.The invention relates to the field of technical means for generating ice crystals by spraying liquid nitrogen into a supercooled cloud environment using an airplane.

Известны различные конструкции устройств для распыления жидкости под давлением в атмосферу, содержащие баллон с распыляемой жидкостью, снабженный запорным органом и распылителем (п. РФ №1797181, кл. A01G 15/00 1995 г., п. РФ №1797182, кл. A01G 15/00 1995 г., п. РФ №2112358, кл. AO1G 15/00 1998 г.).There are various designs of devices for spraying liquid under pressure into the atmosphere, containing a cylinder with a sprayed liquid, equipped with a shut-off body and a spray gun (cl. RF No. 1797181, cl. A01G 15/00 1995, cl. RF No. 1797182, cl. A01G 15 / 00 1995, p. Of the Russian Federation No. 2112358, class AO1G 15/00 1998).

Известные устройства предназначены для генерации ледяных кристаллов в атмосфере путем их сбрасывания в переохлажденную облачную среду с самолетов. Устройства снабжены механизмами, обеспечивающими включение распылителя в режим работы при заданных значениях температурного уровня в облачной среде.Known devices are designed to generate ice crystals in the atmosphere by dropping them into a supercooled cloud from aircraft. The devices are equipped with mechanisms that enable the nebulizer to enter the mode of operation at specified values of the temperature level in the cloud.

К недостаткам известных устройств можно отнести то, что они могут быть использованы только для распыления таких жидкостей как пропан, фреон и т.д., которые имеют невысокий уровень давления насыщенных паров. Для распыления же в атмосферу жидкого азота, с температурой -196°C и достаточно высоким давлением насыщенных паров, известные устройства не пригодны.The disadvantages of the known devices include the fact that they can only be used to spray liquids such as propane, freon, etc., which have a low level of saturated vapor pressure. Known devices are not suitable for spraying liquid nitrogen into the atmosphere with a temperature of -196 ° C and a sufficiently high saturated vapor pressure.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является самолетный генератор ледяных кристаллов, содержащий размещенный на борту самолета сосуд Дьюара с жидким азотом, крышку с манометром и зажимами для крепления к горловине сосуда Дьюара, питающий трубопровод, один конец которого снабжен распылителем и выставлен за борт самолета в набегающий воздушный поток, а второй конец через крышку введен в сосуд Дьюара и опущен в жидкий азот, устройство для принудительной подачи жидкого азота через питающий трубопровод в распылитель, а также трубку аварийного сброса давления с вентилем, связывающим полость сосуда Дьюара с внешней средой (ПРОТОТИП).The closest in technical essence to the claimed object is an aircraft ice crystal generator containing a Dewar vessel with liquid nitrogen placed on board an aircraft, a lid with a manometer and clamps for attaching to the neck of a Dewar vessel, a supply pipe, one end of which is equipped with a spray and placed overboard into the incoming air stream, and the second end through the cover is introduced into the Dewar vessel and lowered into liquid nitrogen, a device for forced supply of liquid nitrogen through the supply pipe to the spray spruce, as well as an emergency pressure relief tube with a valve connecting the cavity of the Dewar vessel with the external environment (PROTOTYPE).

Недостатком известного устройства является то, что для принудительной подачи жидкого азота в распылитель используется баллон с газообразным азотом, снабженный понижающими давление редукторами и манометрами, что значительно усложняет конструкцию устройства и снижает безопасность его применения.A disadvantage of the known device is that for the forced supply of liquid nitrogen to the atomizer, a cylinder with gaseous nitrogen is used, equipped with pressure reducing gears and pressure gauges, which greatly complicates the design of the device and reduces the safety of its use.

Другой существенный недостаток устройства заключается в том, что трубка аварийного сброса давления и питающий трубопровод для подачи жидкого азота в распылитель снабжен вентилями, которые при охлаждении до низких температур покрываются слоем льда, что в ряде случаев блокирует выходные каналы. В результате, как показала практика, давление в сосуде Дьюара начинает резко расти и, при достижении критического уровня, жесткие металлические зажимы разрушаются, и крышка выбрасывается из горловины баллона наружу. В лучшем случае выброшенная с силой крышка может разрушить не только систему трубопроводов и измерительную аппаратуру, но и обшивку самолета изнутри. А в худшем случае, при попадании крышки в иллюминатор, либо в обслуживающий персонал, подобный инцидент может привести к более серьезным трагическим последствиям.Another significant drawback of the device is that the emergency pressure relief tube and the supply pipe for supplying liquid nitrogen to the atomizer are equipped with valves that, when cooled to low temperatures, are covered with a layer of ice, which in some cases blocks the outlet channels. As a result, as practice has shown, the pressure in the Dewar vessel begins to increase sharply and, when it reaches a critical level, the rigid metal clamps break and the cap is thrown out of the neck of the balloon. In the best case, a lid thrown with force can destroy not only the piping system and measuring equipment, but also the inside lining of the aircraft. And in the worst case, if the lid gets into the window or into the service personnel, such an incident can lead to more serious tragic consequences.

Техническим результатом от использования заявленного технического решения является упрощение конструкции устройства, а также повышение надежности и безопасности его работы.The technical result from the use of the claimed technical solution is to simplify the design of the device, as well as improving the reliability and safety of its operation.

Технический результат достигается тем что, в известном самолетном генераторе ледяных кристаллов, содержащем размещенный на борту самолета сосуд Дьюара с жидким азотом, крышку с манометром и зажимами для крепления к горловине сосуда Дьюара, питающий трубопровод, один конец которого снабжен распылителем и выставлен за борт самолета в набегающий воздушный поток, а второй конец через крышку введен в сосуд Дьюара и опущен в жидкий азот, устройство для принудительной подачи жидкого азота через питающий трубопровод в распылитель, а также трубку аварийного сброса давления с дренажным вентилем, связывающую полость сосуда Дьюара с внешней средой, крышка выполнена в виде обратного клапана и подпружинена к горловине сосуда Дьюара с помощью упругих зажимов, при этом боковая поверхность крышки, контактирующая с внутренней поверхностью горловины, содержит, по меньшей мере, один дренажный паз, соединяющий газовую полость сосуда Дьюара с внешней средой при достижении давления в ней критического порогового уровня, при этом устройство для принудительной подачи жидкого азота в распылитель выполнен в виде конического обтекателя, который выставлен за борт самолета, а сам распылитель размещен по оси данного конического обтекателя и направлен в сторону противоположную направлению движения самолета.The technical result is achieved by the fact that, in a well-known aircraft ice crystal generator, comprising a Dewar vessel with liquid nitrogen placed on board the aircraft, a cover with a manometer and clamps for fastening to the neck of the Dewar vessel, a supply pipe, one end of which is equipped with a spray and placed overboard the aircraft in the incoming air flow, and the second end through the cover is introduced into the Dewar vessel and lowered into liquid nitrogen, a device for the forced supply of liquid nitrogen through the supply pipe to the atomizer, as well as pipes in emergency pressure relief with a drain valve connecting the cavity of the Dewar vessel with the external environment, the cover is made in the form of a check valve and is spring-loaded to the neck of the Dewar vessel using elastic clamps, while the side surface of the cover in contact with the inner surface of the neck contains at least , one drainage groove connecting the gas cavity of the Dewar vessel with the external environment when the pressure in it reaches a critical threshold level, while the device for forcing liquid nitrogen into the spray the spruce is made in the form of a conical fairing, which is exposed over the side of the aircraft, and the sprayer itself is placed along the axis of this conical fairing and is directed in the direction opposite to the direction of the aircraft.

Технический результат достигается также и тем что, упругие зажимы выполнены в виде двух пружин, либо двух резиновых растяжек, поджимающих крышку к горловине баллона.The technical result is also achieved by the fact that the elastic clamps are made in the form of two springs, or two rubber stretch marks, pressing the cap to the neck of the container.

Сущность изобретения поясняется рисунками, где представлены общий вид устройства (фиг.1), вид устройства сверху (фиг.2), а также вариант размещения упругих зажимов на крышке сосуда Дьюара (фиг.3).The invention is illustrated by drawings, which show a General view of the device (Fig. 1), a top view of the device (Fig. 2), and also an arrangement of elastic clips on the lid of the Dewar vessel (Fig. 3).

Самолетный генератор ледяных кристаллов содержит сосуд Дьюара 1 с жидким азотом 2. В горловине 3 сосуда Дьюара 1 размещена крышка 4. Для обеспечения герметичности между крышкой 4 и корпусом горловины 3 размещено уплотнительное кольцо 5. На крышке 4 размещен также манометр 6 для контроля давления газов внутри сосуда Дьюара 1. По оси крышки 4 размещен питающий трубопровод 7, оснащенный выпускным вентилем 8. Один конец питающего трубопровода 7 введен в сосуд Дьюара 1 и погружен в жидкий азот 2, а второй конец снабжен распылителем 9. Конец питающего трубопровода 7 с распылителем 9 через иллюминатор 10 выведен наружу и размещен по оси конического обтекателя 11, прикрепленного в данном случае к иллюминатору 10 снаружи. Для снижения гидродинамического сопротивления конец питающего трубопровода 7, размещенный внутри сосуда Дьюара 1, развальцован. Внутренний диаметр питающего трубопровода составляет преимущественно 8-12 мм, что обеспечивает в реальных условиях оптимальный расход жидкого азота. На крышке 4 размещена также трубка аварийного сброса давления 12, содержащая вентиль 13. Питающий трубопровод 7 и трубка аварийного сброса давления 12 теплоизолированы (на рисунках теплоизоляция не показана). Питающий трубопровод 7, трубка аварийного сброса давления 12 и манометр 6 размещены на одной линии, совпадающей с осью «Х-Х», проходящей через центр крышки 4 (см. фиг.2). На поверхности крышки 4 образованы два симметрично расположенных относительно оси «Х-Х» паза 14 и 15. Боковая поверхность крышки 4, контактирующая с внутренней боковой поверхностью горловины 3, содержит, по меньшей мере, один продольный дренажный паз 16, который соединяет газовую полость сосуда Дьюара с внешней средой, при достижении давления в ней критического порогового уровня. На рисунке (фиг.1) показан еще один дренажный паз 17, что свидетельствует о том, что их может быть и несколько. Крышка 4 прикреплена к горловине 3 сосуда Дьюара 1 с помощью двух совершенно одинаковых резиновых стяжек 18 и 19, которые уложены в соответствующие пазы 14 и 15. Свободные концы резиновых стяжек 18 и 19 прикреплены к боковым ручкам 20 и 21 сосуда Дьюара 1, образуя упругий зажим, удерживающий крышку 4 в горловине сосуда Дьюара 1. Вместо резиновых стяжек 18 и 19 могут быть использованы и пружинные стяжки, которые могут крепиться по той же схеме, что и резиновые. На фиг.3 представлен другой вариант крепления стяжек. Согласно данной схеме две совершенно одинаковые стяжки 22 (в данном случае они пружинные), с помощью крючков 24, крепятся с одной стороны к проушинам 26 на крышке 4, а с другой стороны - к боковым ручкам 20 и 21 сосуда Дьюара.Aircraft ice crystal generator contains a Dewar vessel 1 with liquid nitrogen 2. A cover 4 is placed in the neck 3 of the Dewar vessel 1. To ensure tightness, a sealing ring 5 is placed between the cover 4 and the body of the neck 3. A pressure gauge 6 is also placed on the cover 4 to control gas pressure Dewar vessel 1. On the axis of the lid 4 there is a supply pipe 7, equipped with an exhaust valve 8. One end of the supply pipe 7 is inserted into the Dewar vessel 1 and immersed in liquid nitrogen 2, and the second end is equipped with a spray 9. The end of the supply pipe the wire 7 with the spray 9 through the porthole 10 is brought out and placed along the axis of the conical fairing 11, attached in this case to the porthole 10 from the outside. To reduce the hydrodynamic resistance, the end of the supply pipe 7, placed inside the Dewar vessel 1, is expanded. The internal diameter of the supply pipe is predominantly 8-12 mm, which provides in real conditions the optimal flow rate of liquid nitrogen. An emergency pressure relief tube 12 containing a valve 13 is also located on the lid 4. The supply pipe 7 and the emergency pressure relief tube 12 are thermally insulated (thermal insulation is not shown in the figures). The supply pipe 7, the emergency pressure relief tube 12 and the pressure gauge 6 are placed on the same line coinciding with the axis "X-X" passing through the center of the cover 4 (see figure 2). On the surface of the lid 4, two grooves 14 and 15 are symmetrically arranged with respect to the axis “X-X”, the lateral surface of the lid 4 in contact with the inner side surface of the neck 3 contains at least one longitudinal drainage groove 16 that connects the gas cavity of the vessel Dewar with the environment, when the pressure in it reaches a critical threshold level. The figure (figure 1) shows another drainage groove 17, which indicates that there may be several. The cover 4 is attached to the neck 3 of the Dewar vessel 1 with two completely identical rubber ties 18 and 19, which are laid in the corresponding grooves 14 and 15. The free ends of the rubber ties 18 and 19 are attached to the side handles 20 and 21 of the Dewar vessel 1, forming an elastic clamp holding the lid 4 in the neck of the Dewar vessel 1. Instead of rubber ties 18 and 19, spring ties can also be used, which can be fastened in the same way as rubber ones. Figure 3 presents another option for attaching screeds. According to this scheme, two completely identical ties 22 (in this case they are spring-loaded), with the help of hooks 24, are attached on one side to the eyes 26 on the cover 4, and on the other hand, to the side handles 20 and 21 of the Dewar vessel.

Самолетный генератор ледяных кристаллов работает следующим образом.Aircraft ice crystal generator operates as follows.

В режиме готовности к воздействию на переохлажденное облако, вентиль 8 на питающем трубопроводе 7 закрыт, а вентиль 13 на трубке аварийного сброса давления 12 открыт. В этих условиях образующиеся пары азота из сосуда Дьюара 1 истекают в окружающую среду через открытый канал трубки 12. При поступлении команды на воздействие на питающем трубопроводе 7 открывается вентиль 8. При этом под действием встречного воздушного потока внутри обтекаемого конуса 11 и в некоторой области, расположенной за открытой ее частью, формируется зона разряжения, под действием которого жидкий азот 2 через питающий трубопровод 7 всасывается и поступает в распылитель 9, откуда выбрасывается в атмосферу. При этом за самолетом формируется факел диспергированных частиц жидкого азота, имеющих температуру - 196°C. Данные частицы жидкого азота, взаимодействуя с переохлажденной облачной средой, формируют в ней ледяные кристаллы, которые и вызывают необходимый эффект осадкообразования. Расход жидкого азота регулируется вентилем 8 на питающем трубопроводе 7. В случае пиковых нагрузок, когда необходимо создать максимально возможный расход, перекрывается вентиль 13 на трубке аварийного сброса давления. При этом давление паров азота в сосуде Дьюара растет (контролируется по манометру 6), а, следовательно, растет и расход жидкого азота. Расход жидкого азота можно увеличить и другим путем, например, увеличив скорость полета самолета. При этом разряжение в обтекаемом конусе 11 растет, что повышает и расход жидкого азота.In the standby mode for exposure to a supercooled cloud, the valve 8 on the supply pipe 7 is closed, and the valve 13 on the emergency pressure relief tube 12 is open. Under these conditions, the nitrogen vapor generated from the Dewar vessel 1 flows into the environment through the open channel of the tube 12. When a command is received for action on the supply pipe 7, valve 8 opens. Moreover, under the influence of the oncoming air flow inside the streamlined cone 11 and in a certain area located behind its open part, a discharge zone is formed, under the action of which liquid nitrogen 2 is sucked through the supply pipe 7 and enters the atomizer 9, from where it is released into the atmosphere. In this case, a torch of dispersed particles of liquid nitrogen having a temperature of -196 ° C is formed behind the aircraft. These particles of liquid nitrogen, interacting with a supercooled cloud medium, form ice crystals in it, which cause the necessary precipitation effect. The flow of liquid nitrogen is regulated by valve 8 on the supply pipe 7. In case of peak loads, when it is necessary to create the maximum possible flow rate, valve 13 on the emergency pressure relief tube is shut off. In this case, the vapor pressure of nitrogen in the Dewar vessel increases (controlled by a manometer 6), and, consequently, the flow rate of liquid nitrogen also increases. The flow of liquid nitrogen can be increased in another way, for example, by increasing the flight speed of the aircraft. In this case, the pressure in the streamlined cone 11 increases, which increases the flow rate of liquid nitrogen.

В случае возникновения нештатной ситуации, когда давление в сосуде Дьюара начинает резко расти из-за блокировки вентилей 8 и 13, срабатывает крышка 4, которая, выступая наружу под действием давления изнутри, соединяет продольные дренажные пазы 16 и 17 с внешней атмосферной средой. При этом происходит сброс давления из сосуда Дьюара 1 и тем самым исключается аварийная обстановка.In the event of an emergency, when the pressure in the Dewar vessel begins to increase sharply due to the blocking of valves 8 and 13, the cover 4 is triggered, which, protruding outward under the influence of pressure from the inside, connects the longitudinal drainage grooves 16 and 17 with the external atmosphere. When this occurs, the pressure is released from the vessel Dewar 1 and thereby eliminates the emergency situation.

Предлагаемый самолетный генератор ледяных частиц отличается от известных высокой своей надежностью и простотой конструкции, которая обеспечивает практически полную безопасность при эксплуатации устройства.The proposed aircraft generator of ice particles differs from the known for its high reliability and simplicity of design, which provides almost complete safety during operation of the device.

Преимущественная область применения устройства - активные воздействия на переохлажденные облака с использованием скоростных самолетов лабораторий.The preferred area of application of the device is the active impact on supercooled clouds using high-speed laboratory aircraft.

Claims

1. Aircraft ice crystal generator, containing a Dewar vessel with liquid nitrogen placed on board the aircraft, a cover with a manometer and clamps for fastening to the neck of the Dewar vessel, a supply pipe, one end of which is equipped with a spray and placed overboard the aircraft in the incoming air stream, and the second the end through the cover is inserted into the Dewar vessel, and lowered into liquid nitrogen, a device for the forced supply of liquid nitrogen through the supply pipe to the atomizer, as well as an emergency pressure relief tube with a drain valve, the cavity of the Dewar vessel with an external medium, characterized in that the cover is made in the form of a check valve and is spring-loaded to the neck of the Dewar vessel using elastic clamps, while the side surface of the cover in contact with the inner side surface of the neck contains at least one longitudinal a drainage groove connecting the gas cavity of the Dewar vessel with the external environment when the pressure in it reaches a critical threshold level, while the device for forcing liquid nitrogen into the atomizer is made in the form of a conical fairing exposed overboard, and the sprayer is placed along the axis of the conical fairing and is directed in the direction opposite to the direction of the aircraft.

2. Aircraft ice crystal generator according to claim 1, characterized in that the elastic clamps are made in the form of two springs, or two rubber extensions, pressing the cap to the neck of the container.