RU2744308C1 - Method for generation of high-speed shock wave in impact pipe - Google Patents

Method for generation of high-speed shock wave in impact pipe Download PDF

Info

Publication number
RU2744308C1
RU2744308C1 RU2020124299A RU2020124299A RU2744308C1 RU 2744308 C1 RU2744308 C1 RU 2744308C1 RU 2020124299 A RU2020124299 A RU 2020124299A RU 2020124299 A RU2020124299 A RU 2020124299A RU 2744308 C1 RU2744308 C1 RU 2744308C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hpc
shock
shock wave
speed
helium
Prior art date
Application number
RU2020124299A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Владимирович Акимов
Наталья Германовна БЫКОВА
Игорь Евгеньевич Забелинский
Павел Владимирович Козлов
Владимир Юрьевич ЛЕВАШОВ
Юрий Владимирович Туник
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» (МГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова» (МГУ)
Priority to RU2020124299A priority Critical patent/RU2744308C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2744308C1 publication Critical patent/RU2744308C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C15/00Apparatus in which combustion takes place in pulses influenced by acoustic resonance in a gas mass

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: claimed invention relates to physics of strong shock waves, physics of combustion and explosion and can be used for initiation of shock waves propagating at a speed of more than 11 km/s. Method for generating a high-speed shock wave in an impact tube comprising a high-pressure (HPC) chamber, from one end is equipped with a forechamber with a perforated end facing in direction of wave propagation, and from the other end through the diaphragm connected to the low pressure (LPC) chamber, includes supply of helium and propellant in the HPC, supply and ignition of the explosive mixture in the prechamber, combustion of which provides injection of hot gas jets from antechamber through holes of perforation into HPC cavity, which at a distance of not more than 3 gages from the end of HPC lead to formation of a flat incident shock wave, which destroys the diaphragm with formation of a reflected Chapman-Jouguet detonation wave and passing to LPC shock wave at a speed of more than 11 km/s, pushing gas for which are combustion products of explosive mixture with helium.
EFFECT: technical result consists in the possibility of generation of the shock wave propagating in the low-pressure chamber of the shock tube with the second space (and more) speed, and reducing energy costs for high-speed and shock waves ofmaking best use of energy combustion helium diluted oxygen-hydrogen mixture in high-pressure chamber (HPC).
5 cl, 4 dwg

Description

Область техникиTechnology area

Заявляемое изобретение относится к физике сильных ударных волн, физике горения и взрыва и может быть использовано для инициирования ударных волн, распространяющихся со скоростью более 11 км/с. Измерение спектральных и кинетических характеристик газов, получаемых при таких скоростях ударной волны необходимо для решения научных и технических проблем, и может быть использовано, например, при создании термической защиты, необходимой при входе в атмосферу Земли и других планет различных тел, в частности, спускаемых космических аппаратов. Кроме того, заявляемое изобретение может быть использовано для верификации физико-химических моделей неравновесных процессов диссоциации и ионизации различных газов в экстремальных условиях.The claimed invention relates to the physics of strong shock waves, the physics of combustion and explosion and can be used to initiate shock waves propagating at a speed of more than 11 km / s. Measurement of the spectral and kinetic characteristics of gases obtained at such shock wave velocities is necessary for solving scientific and technical problems, and can be used, for example, in the creation of thermal protection required when various bodies enter the atmosphere of the Earth and other planets, in particular, space descent devices. In addition, the claimed invention can be used to verify physicochemical models of nonequilibrium dissociation and ionization processes of various gases under extreme conditions.

Уровень техникиState of the art

В классических устройствах инициирования детонации либо используется прямое инициирование детонации - кратковременное выделение энергии, значительно большей указанного значения (Зельдович Я.Б., Когарко С.М., Симонов Н.Н. // ЖТФ, 1956, том 26, №8, с. 1744-1752), либо переход горения в детонацию: горючую смесь поджигают слабым источником зажигания в трубе с регулярными кольцевыми препятствиями и обеспечивают прогрессирующее ускорение пламени с переходом в детонацию на расстояниях (преддетонационное расстояние) и за время (преддетонационное время), значительно превышающих указанные значения, см., например, работу О. Peraldi, R. Knystautas and J.H. Lee "Criteria for transition to detonation in tubes". Twenty-First Symposium (International) on Combustion / The Combustion Institute, 1986, pp. 1629-1637. Однако все они характеризуются существенными затратами энергии, при этом скорость распространения ударной волны не превышает 10 км/с.In classical devices for initiating detonation, either direct initiation of detonation is used - a short-term release of energy much greater than the specified value (Zeldovich Ya.B., Kogarko S.M., Simonov N.N. // ZhTF, 1956, volume 26, No. 8, p. . 1744-1752), or the transition of combustion to detonation: the combustible mixture is ignited with a weak ignition source in a pipe with regular annular obstacles and provides a progressive acceleration of the flame with a transition to detonation at distances (pre-detonation distance) and for a time (pre-detonation time) significantly exceeding the indicated meanings, see, for example, O. Peraldi, R. Knystautas and JH Lee "Criteria for transition to detonation in tubes". Twenty-First Symposium (International) on Combustion / The Combustion Institute, 1986, pp. 1629-1637. However, all of them are characterized by significant energy consumption, while the speed of propagation of the shock wave does not exceed 10 km / s.

Из уровня техники известен способ инициирования детонации в трубе с горючей смесью (патент РФ №2672244), включающий формирование турбулентного фронта пламени, его ускорение и усиление образовавшейся ударной волны, при этом формирование турбулентного фронта пламени осуществляется в высокоскоростном турбулентном потоке горючей смеси, образованной за счет турбулентного смешения перекрестных сверхзвуковых струй горючего и окислителя, при помощи форкамерно-факельного зажигания, при этом форкамера заполняется горючей смесью, поступающей из детонационной трубы, а зажигание горючей смеси в форкамере осуществляется при помощи слабого источника зажигания.From the prior art, there is a known method for initiating detonation in a pipe with a combustible mixture (RF patent No. 2672244), including the formation of a turbulent flame front, its acceleration and amplification of the formed shock wave, while the formation of a turbulent flame front is carried out in a high-speed turbulent flow of a combustible mixture formed by turbulent mixing of cross supersonic jets of fuel and oxidizer, using a prechamber-torch ignition, while the prechamber is filled with a combustible mixture coming from the detonation tube, and the ignition of the combustible mixture in the prechamber is carried out using a weak ignition source.

Однако известный способ также характеризуется низкой скоростью распространения ударной волны. Так, скорость фронта реакции на расстоянии ~300 мм составляет около 2300-2400 м/с, и увеличивается до 2500 м/с в зависимости от среднего состава смеси.However, the known method is also characterized by a low velocity of propagation of the shock wave. So, the speed of the reaction front at a distance of ~ 300 mm is about 2300-2400 m / s, and increases to 2500 m / s depending on the average composition of the mixture.

Известен также способ инициирования импульсной детонации топливно-воздушной смеси (патент РФ №2659415) заключающийся в том, что генерируют первичную ударную волну и затем оказывают малое энергетическое воздействие на топливно-воздушную смесь перед фронтом лидирующей ударной волны. В качестве малого энергетического воздействия используют воздействие селективным лазерным излучением, при поглощении которого молекулы кислорода смеси переходят в состояние синглет-дельта O2(a1Δg) и ускоряют химические реакции горения топлива, причем воздействуют лазерным излучением на топливно-воздушную смесь в локальных областях перед фронтом лидирующей ударной волны с опережением по времени меньшим, чем время релаксации кислорода в состоянии синглет-дельта O2(a1Δg), в момент, когда скорость лидирующей ударной волны меньше скорости детонации в режиме Чепмена - Жуге в топливно-воздушной смеси, а энергию лазерного излучения устанавливают из условия достаточности для увеличения скорости лидирующей ударной волны с переходом к нестационарному колебательному режиму детонации. Технический результат - снижение докритической энергии инициирования импульсной детонации в топливно-воздушной смеси ниже, чем при последовательном зажигании горючей смеси электрическими разрядами.There is also known a method of initiating a pulsed detonation of a fuel-air mixture (RF patent No. 2659415), which consists in generating a primary shock wave and then exerting a small energetic effect on the fuel-air mixture in front of the leading shock wave. As a small energy impact, the effect of selective laser radiation is used, upon absorption of which the oxygen molecules of the mixture pass into the state of singlet-delta O 2 (a 1 Δg) and accelerate the chemical reactions of fuel combustion, and the laser radiation is applied to the fuel-air mixture in local regions before by the front of the leading shock wave with a time advance less than the relaxation time of oxygen in the singlet-delta O 2 state (a 1 Δg), at the moment when the velocity of the leading shock wave is less than the detonation velocity in the Chapman - Jouguet regime in the fuel-air mixture, and the energy of laser radiation is set from the condition of sufficiency to increase the speed of the leading shock wave with the transition to a non-stationary oscillatory detonation mode. The technical result is a decrease in the subcritical energy of initiation of pulsed detonation in the fuel-air mixture is lower than in the case of sequential ignition of the combustible mixture by electric discharges.

В данном источнике установлено, что максимальное снижение энергии инициирования детонации в рассматриваемой смеси достигается при воздействии селективного лазерного излучения в момент, когда скорость волны составляет около 1700 м/с, что является довольно низким показателем для обеспечения возможности использования данного способа для инициирования сильных ударных волн.In this source, it was found that the maximum decrease in the energy of initiation of detonation in the mixture under consideration is achieved when exposed to selective laser radiation at the moment when the wave speed is about 1700 m / s, which is a rather low indicator to make it possible to use this method to initiate strong shock waves.

Из публикации «ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ УДАРНО-НАГРЕТОГО ВОЗДУХА НА ДВУХДИАФРАГМЕННОЙ УДАРНОЙ ТРУБЕ» П.В. Козлов, Ю.В. Романенко, НИИ механики Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (http://chemphys.edu.ru/media/published/011_5whp3ut.pdf) известна ударная труба, включающая соединенные посредством фланцев камеру высокого давления, с расположенной в ее торце перфорированной форкамерой, камеру промежуточного давления и камеру низкого давления. Между фланцами секций камеры высокого давления (КВД) и камеры промежуточного давления (КПД) заполняемой гелием, а также секций КПД и камеры низкого давления (КНД) располагаются кассеты с наборными диафрагмами из лавсановой пленки толщиной 20 мкм.From the publication "EXPERIMENTAL STUDY OF RADIATION OF SHOCK-HEATED AIR ON A DOUBLE-DIAPHRAGM IMPACT TUBE" P.V. Kozlov, Yu.V. Romanenko, Research Institute of Mechanics, Moscow State University. M.V. Lomonosov Moscow State University (http://chemphys.edu.ru/media/published/011_5whp3ut.pdf) a shock tube is known that includes a high-pressure chamber connected by means of flanges, with a perforated prechamber located at its end, an intermediate pressure chamber and a low-pressure chamber. Between the flanges of the sections of the high-pressure chamber (HPC) and the intermediate-pressure chamber (efficiency) filled with helium, as well as the sections of the efficiency factor and the low-pressure chamber (LPC), there are cassettes with type-setting diaphragms made of mylar film with a thickness of 20 μm.

При формировании детонационной волны в соответствии с данным источников удалось достичь скоростей 4-7 км/с, однако раскрытый в материалах публикации способ, а также его режимы не позволяют достичь более высоких скоростей, в частности, в связи с тем, что при генерации ударной волны использовались лавсановые (полиэтилентерефталат) диафрагмы, которые при разрыве существенно ограничивают поток, летят в трубу, создают углеводородные примеси и оседают на стенки.When the detonation wave was formed in accordance with the data of the sources, it was possible to achieve speeds of 4-7 km / s, however, the method disclosed in the publication materials, as well as its modes, do not allow achieving higher speeds, in particular, due to the fact that during the generation of a shock wave lavsan (polyethylene terephthalate) diaphragms were used, which, when ruptured, significantly limit the flow, fly into the pipe, create hydrocarbon impurities and settle on the walls.

Экспериментально подтверждено, что скорость детонации постоянна для конкретной горючей смеси газов. Состояние Чепмена - Жуге является наиболее устойчивым состоянием детонации.It has been experimentally confirmed that the detonation velocity is constant for a specific combustible gas mixture. The Chapman-Jouguet state is the most stable detonation state.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ инициирования высокоскоростных ударных волн, раскрытый в работе (Yuan C.K., Zhou K., Liu Y.F., Hu Z.M., Jiang, Z.L. (2018). Spectral measurements of hypervelocity flow in an expansion tunnel. Acta Mechanica Sinica. doi:10.1007/s10409-018-0806-8). В двухдиафрагменной детонационной трубе JF16 высокоскоростная ударная волна формируется в результате детонационного сжигания водородно-кислородной смеси, в камере высокого давления. Для получения скорости ударной волны 7.9 км/с при начальном давлении воздуха 0.15 Торр энергетические затраты на единицу площади составляют порядка 74 кДж/см2.The closest in technical essence to the claimed invention is a method for initiating high-speed shock waves, disclosed in (Yuan CK, Zhou K., Liu YF, Hu ZM, Jiang, ZL (2018). Spectral measurements of hypervelocity flow in an expansion tunnel. Acta Mechanica Sinica.doi: 10.1007 / s10409-018-0806-8). In the JF16 double-diaphragm detonation tube, a high-speed shock wave is formed as a result of detonation combustion of a hydrogen-oxygen mixture in a high-pressure chamber. To obtain a shock wave velocity of 7.9 km / s at an initial air pressure of 0.15 Torr, the energy consumption per unit area is about 74 kJ / cm2.

Однако максимальная скорость, достигаемая с использованием известного способа, на составляет 10.2 км/с, при этом для получения такой скорости затрачивается энергия в 4 МДж, что является крайне высоким показателем для успешного применения способа.However, the maximum speed achieved using the known method is not 10.2 km / s, while to obtain such a speed, an energy of 4 MJ is expended, which is an extremely high indicator for the successful application of the method.

Техническая проблема, решаемая посредством заявляемого изобретения, заключается в необходимости преодоления недостатков, присущих аналогам и прототипу за счет создания способа генерации высокоскоростных ударных волн, обеспечивающего повышенную эффективность ударной трубы.The technical problem solved by the claimed invention consists in the need to overcome the disadvantages inherent in analogues and the prototype by creating a method for generating high-speed shock waves, providing increased efficiency of the shock tube.

Краткое раскрытие сущности заявляемого изобретенияBrief disclosure of the essence of the claimed invention

Технический результат, достигаемый благодаря заявляемому изобретению, состоит в возможности генерации ударной волны, распространяющейся в камере низкого давления ударной трубы со второй космической (и более) скоростью и уменьшении энергетических затрат для получения высокоскоростных ударных волн за счет наиболее полного использовании энергии горения разбавленной гелием кислородно-водородной смеси в камере высокого давления (КВД) за счет обеспечения сжигания основной ее массы в волне детонации Чепмена-Жуге, которая обеспечивает энергетически наиболее эффективный режим горения в ограниченном объеме (см., например, Зельдович Я.Б. К вопросу об энергетическом использовании детонационного горения // Журнал технической физики. - 1940. - Т.10, №17. - С. 1453-1461).The technical result achieved thanks to the claimed invention consists in the possibility of generating a shock wave propagating in the low-pressure chamber of the shock tube at a second cosmic (or more) speed and reducing energy costs to obtain high-speed shock waves due to the most complete use of the combustion energy diluted with helium oxygen hydrogen mixture in a high-pressure chamber (HPC) by ensuring the combustion of its main mass in the Chapman-Jouguet detonation wave, which provides the energetically most efficient combustion mode in a limited volume (see, for example, Ya.B. Zeldovich. On the energy use of detonation combustion // Journal of technical physics. - 1940. - T.10, No. 17. - S. 1453-1461).

Заявленный технический результат достигается тем, что способ генерации высокоскоростной ударной волны в ударной трубе, содержащей камеру высокого давления (КВД), с одного торца снабженную форкамерой с перфорированным торцом, обращенным в направлении распространения волны, а с другого торца через диафрагму соединенную с камерой низкого давления (КНД), включает подачу гелия и гремучей смеси в КВД, подачу и воспламенение в форкамере гремучей смеси, в результате сжигания которой обеспечивают инжекцию горячих струй газа из форкамеры через отверстия перфорации в полость КВД, которые на расстоянии не более 3-х калибров от торца КВД приводят к формированию плоской падающей ударной волны, разрушающей диафрагму с формированием отраженной волны детонации Чепмена - Жуге и проходящей в КНД ударной волны со скоростью более 11 км/с, толкающим газом для которой являются продукты горения гремучей смеси с гелием. Диафрагма выполнена из медного листа толщиной от 0,3 до 0,7 мм, снабженного крестообразными насечками размером от 0,2 до 0,3 мм, обеспечивающими предотвращения разлета ее частиц при разрушении. Начальное давление в КВД находится в диапазоне от 8 до 10 атм, а парциальное давление гелия в КВД при этом составляет от 50 до 65%. После подачи гелия и гремучей смеси в КВД обеспечивают перемешивание компонентов смеси выдерживанием в течение 30-80 минут. Длина КВД не превышает 1,5 м.The claimed technical result is achieved by the fact that the method for generating a high-speed shock wave in a shock tube containing a high-pressure chamber (HPC), from one end is equipped with a prechamber with a perforated end facing in the direction of wave propagation, and from the other end through a diaphragm connected to the low-pressure chamber (LPC), includes the supply of helium and an explosive mixture to the HPC, the supply and ignition of an explosive mixture in the prechamber, as a result of its combustion, hot gas jets are injected from the prechamber through the perforation holes into the HPC cavity, which are at a distance of no more than 3 calibers from the end HPC leads to the formation of a plane incident shock wave, which destroys the diaphragm with the formation of a reflected Chapman - Jouguet detonation wave and a shock wave passing through the LPC at a speed of more than 11 km / s, the propelling gas for which is the combustion products of an explosive mixture with helium. The diaphragm is made of a copper sheet with a thickness of 0.3 to 0.7 mm, equipped with cruciform notches with a size of 0.2 to 0.3 mm, which prevent the scattering of its particles during destruction. The initial pressure in the HPC is in the range from 8 to 10 atm, and the partial pressure of helium in the HPC is from 50 to 65%. After the supply of helium and the explosive mixture to the HPC, the components of the mixture are mixed by holding for 30-80 minutes. The length of the HPC does not exceed 1.5 m.

Воспламенение и сгорание гремучей смеси в форкамере обеспечивает инжекцию горячих струй продуктов горения в полость КВД через отверстия перфорации, что приводит к формированию плоской падающей ударной волны в КВД на расстоянии не более 3-х калибров от торцевой стенки КВД. Падающая ударная волна воспламеняет газ в КВД. Возникающее пламя поддерживает интенсивность падающей ударной волны, но быстро отстает от ударного фронта.Ignition and combustion of an explosive mixture in the prechamber provides injection of hot jets of combustion products into the HPC cavity through the perforation holes, which leads to the formation of a plane incident shock wave in the HPC at a distance of no more than 3 calibers from the HPC end wall. The incident shock wave ignites the gas in the HPC. The resulting flame maintains the intensity of the incident shock wave, but quickly lags behind the shock front.

Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами, гдеThe claimed invention is illustrated by the following drawings, where

на фиг. 1 представлена схема камеры высокого давления с расположенными в ней датчиками давления и форкамерой,in fig. 1 shows a diagram of a high-pressure chamber with pressure sensors and a prechamber located in it,

на фиг. 2 представлен чертеж форкамеры,in fig. 2 shows a drawing of the prechamber,

на фиг. 3 представлен образец осциллограммы сигналов датчиков давления (расстояние между датчиками P9 и P10, которые регистрируют скорость ударной волны в камере низкого давления ударной трубы, равно 100мм),in fig. 3 shows a sample oscillogram of signals from pressure sensors (the distance between sensors P9 and P10, which register the speed of the shock wave in the low-pressure chamber of the shock tube, is 100 mm),

на фиг. 4 представлена схема установки, посредством которой реализуют заявляемый способ (ударная труба).in fig. 4 shows a diagram of the installation by means of which the inventive method is implemented (shock tube).

Позициями на чертежах обозначены:Positions in the drawings indicate:

1 - форкамера,1 - prechamber,

2 - диафрагма,2 - diaphragm,

3 - камера высокого давления,3 - high pressure chamber,

4 - датчики давления4 - pressure sensors

5 - свеча, инициирующая воспламенение гремучей смеси в форкамере,5 - a candle that initiates the ignition of an explosive mixture in the prechamber,

6 - перфорированный торец форкамеры.6 - perforated end of the prechamber.

При описании устройства, посредством которого реализуют заявляемый способ, использованы следующие условные обозначения:When describing the device by means of which the claimed method is implemented, the following conventions are used:

CHP -камера высокого давления ударной трубы;CHP - shock tube high pressure chamber;

CIP -промежуточная камера (камера промежуточного давления) ударной трубы;CIP - intermediate chamber (intermediate pressure chamber) of the shock tube;

CLP - камера низкого давления ударной трубы;CLP - shock tube low pressure chamber;

CV1 - вакуумная камера для приготовления газовой смеси;CV1 - vacuum chamber for gas mixture preparation;

CV2 - вакуумная камера демпферного объема;CV2 - vacuum chamber of the damper volume;

CV3 - вакуумная камера для подготовки гелия в промежуточной камере ударной трубы;CV3 - vacuum chamber for helium preparation in the intermediate chamber of the shock tube;

NI - пластинчато-роторный насос 2НВР-5ДМ;NI - rotary vane pump 2НВР-5ДМ;

NR - безмасляный откачной пост DRYTEL-1025;NR - oil-free pumping station DRYTEL-1025;

PD1÷PD6 - деформационные вакуумметры и манометры;PD1 ÷ PD6 - deformation vacuum gauges and manometers;

PM - вакуумметр ВМБ-14 с магнитным электроразрядным датчиком ПММ-32-1;PM - vacuum gauge VMB-14 with a magnetic electric discharge sensor PMM-32-1;

V1÷V10 - вентили запорные проходные;V1 ÷ V10 - straight-through shut-off valves;

VT - заслонка;VT - damper;

VF1÷VF7 вентили регулирующие;VF1 ÷ VF7 regulating valves;

VM - клапан запорный с электромагнитным приводом.VM - shut-off valve with electromagnetic drive.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Заявляемый способ реализуют с использованием устройства, представляющего собой ударную трубу (УТ), в общем случае состоящую из трех секций: камеры высокого давления (КВД) длиной не более 1.55 м, промежуточной камеры (КПД) длиной не более 3.5 м и камеры низкого давления (КНД) длиной не более 3 м. Перечисленные камеры изготовлены из цельных отрезков бесшовной горячедеформированной стальной трубы ГОСТ 9940-81 (выполненной из стали 12Х18Н10Т), внешним диаметром около 60 мм, толщиной стенок не менее 5 мм. По торцам к секциям приварены воротниковые фланцы, изготовленные, например, из стали 12Х18Н9Т методом горячего прессования. Длина секций выбиралась с учетом наличия свободного места в помещении лаборатории, толщина стенок трубы выбиралась из соображений возможности ручного монтажа и обслуживания ударной трубы двумя сотрудниками лаборатории. Каждая секция размещена на двух юстировочных столиках, закрепленных на стальных стойках, закрепленных к полу. Между фланцами соседних секций расположены кассеты с диафрагмами. Фланцы стянуты четырьмя болтами 20 мм. Заявляемое изобретение может быть реализовано и при ее отсутствии, при непосредственном соединении КВД и КНД. КПД выполняет вспомогательную функцию, не является обязательным элементом ударной трубы и предназначена, в основном, для исключения влияния толкающего газа (водорода) при проведении кинетических исследований. Тем не менее установлено, что наличие КПД в составе ударной трубы приводит к повышению скорости регистрируемой ударной волны на 10-20%.The inventive method is implemented using a device that is a shock tube (UT), generally consisting of three sections: a high-pressure chamber (HPC) with a length of not more than 1.55 m, an intermediate chamber (efficiency) with a length of not more than 3.5 m and a low-pressure chamber ( KND) with a length of not more than 3 m. The listed chambers are made of solid sections of seamless hot-deformed steel pipe GOST 9940-81 (made of steel 12X18H10T), with an outer diameter of about 60 mm, wall thickness of at least 5 mm. At the ends, collar flanges are welded to the sections, made, for example, from steel 12X18H9T by hot pressing. The length of the sections was chosen taking into account the availability of free space in the laboratory room, the thickness of the tube walls was chosen from considerations of the possibility of manual installation and maintenance of the shock tube by two laboratory employees. Each section is housed on two adjusting tables fixed to steel legs fixed to the floor. Cassettes with diaphragms are located between the flanges of adjacent sections. The flanges are tightened with four 20mm bolts. The claimed invention can be implemented in its absence, with the direct connection of HPC and LPC. The efficiency has an auxiliary function, is not an obligatory element of the shock tube and is intended mainly to exclude the effect of the pushing gas (hydrogen) during kinetic studies. Nevertheless, it was found that the presence of efficiency in the composition of the shock tube leads to an increase in the speed of the recorded shock wave by 10-20%.

Каждая камера снабжена системой напуска и откачки газов.Each chamber is equipped with a gas admission and evacuation system.

Система напуска КНД состоит из трех баллонов 1-3 объемом 40 л, вакуумметра образцового PD1, трех натекателей VF1-VF3, подключенных к мерному объему CV1, и перепускного вентиля V1 (Ду 10 мм). Откачка системы напуска осуществляется через перепускной вентиль V1 и вентиль V2 безмасляным откачным постом NR.The LPC inlet system consists of three cylinders 1-3 with a volume of 40 liters, a standard PD1 vacuum gauge, three VF1-VF3 leaks connected to the measuring volume CV1, and a bypass valve V1 (DN 10 mm). The filling system is evacuated through the overflow valve V1 and the valve V2 by an oil-free pumping station NR.

Система напуска гелия в КПД, при ее использовании, состоит из баллона объемом 40 л, натекателя VF4, мерного объема CV3, вакуумметра PD2 и перепускного вентиля V8. Откачка системы напуска гелия производится через перепускной вентиль V8, промежуточную камеру CIP и вентиль V7 форвакуумным насосом NI.The helium filling system in efficiency, when used, consists of a 40-liter cylinder, a VF4 leak, a CV3 measuring volume, a PD2 vacuum gauge and a V8 bypass valve. The helium filling system is evacuated through bypass valve V8, intermediate chamber CIP and valve V7 with an NI backing pump.

Система напуска КВД включает три баллона объемом 40 л, содержащих водород, кислород и гелий. Баллоны натекателями VF5-VF7 и перепускным вентилем V5 соединены с камерой высокого давления. Давление толкающего газа в камере высокого давления контролируется манометрами PD4 и PD5. Манометр PD6 контролирует давление в баллоне с водородом. Вентиль V10 обеспечивает аварийный сброс водорода из камеры высокого давления.The HPC filling system includes three 40-liter cylinders containing hydrogen, oxygen and helium. The cylinders are connected to the high-pressure chamber by leak valves VF5-VF7 and bypass valve V5. The push gas pressure in the high pressure chamber is monitored with PD4 and PD5 pressure gauges. The PD6 pressure gauge monitors the pressure in the hydrogen cylinder. Valve V10 provides an emergency release of hydrogen from the high-pressure chamber.

Разводка систем напуска осуществлена трубкой из нержавеющей стали ∅3х0.5 мм. Трубка припаяна серебряным припоем ПСР-40 к соответствующим ниппелям вентилей и манометров. Все уплотнения систем напуска изготовлены из фторопласта.The distribution of the inlet systems is carried out with a stainless steel pipe ∅3x0.5 mm. The tube is soldered with PSR-40 silver solder to the corresponding valve and pressure gauge nipples. All seals of the venting systems are made of fluoroplastic.

На фиг. 4 изображена принципиальная схема наполнения и откачки ударной трубы. С помощью насоса NI, подключенного электромагнитным клапаном VM (Ду 30 мм) к вакуумной трассе, проложенной вдоль всей трубы, и вентилей V3, V5 и V7 осуществляется форвакуумная откачка всех секций ударной трубы. С помощью вентиля V6 производится напуск в трубу атмосферного воздуха или нейтрального газа при смене диафрагм. Вакуумная трасса выполнена из отрезков нержавеющей трубы диаметром 18 мм, состыкованных быстроразъемными фланцами, приваренными к трубе через сильфоны. Форвакуумное давление в трубе контролируется образцовым вакуумметром PD3. Со стороны камеры низкого давления к трубе через вентиль-заслонку VT, сильфон и Г образный патрубок подсоединен демпферный бак CV2 объемом 47 л, выполненный из нержавеющей стали. Вентиль-заслонка VT имеет проходное сечение 60 мм. К демпферному баку через вентиль V2 (Ду 60 мм) подключен безмасляный откачной пост NR. Для контроля степени откачки ударной трубы, также к демпферному баку подсоединен вакуумметр PM с магнитным электроразрядным датчиком. Вентиль VT позволяет производить смену диафрагм в ударной трубе без напуска атмосферного давления в демпферный бак, тем самым существенно уменьшая время чистовой откачки ударной трубы. Все соединения вакуумной системы выполнены быстроразъемными фланцевыми соединениями. В качестве уплотнений вакуумной системы секций трубы, бака, вентилей и т.п. использованы стандартные уплотнения, изготовленные из высоковакуумной резины.FIG. 4 shows a schematic diagram of the filling and pumping of the shock tube. With the help of an NI pump connected by a VM solenoid valve (DN 30 mm) to a vacuum line laid along the entire pipe, and valves V3, V5, and V7, all sections of the shock pipe are evacuated. With the help of valve V6, atmospheric air or neutral gas is injected into the pipe when changing diaphragms. The vacuum line is made of 18 mm diameter stainless pipe sections joined by quick-release flanges welded to the pipe through bellows. The forevacuum pressure in the pipe is controlled by a PD3 exemplary vacuum gauge. On the side of the low-pressure chamber, a 47-liter CV2 damper tank made of stainless steel is connected to the pipe through the VT damper valve, bellows and L-shaped branch pipe. The VT damper valve has a flow area of 60 mm. An oil-free pumping station NR is connected to the damper tank via valve V2 (DN 60 mm). To control the degree of pumping out of the shock tube, a PM vacuum gauge with a magnetic electric discharge sensor is also connected to the damper tank. The VT valve makes it possible to change the diaphragms in the shock tube without letting atmospheric pressure into the damper tank, thereby significantly reducing the time for final pumping of the shock tube. All connections of the vacuum system are made by quick disconnect flange connections. As seals for the vacuum system of pipe sections, tanks, valves, etc. standard seals made of high vacuum rubber are used.

Камера высокого давления (внутренний диаметром 50 мм, длина 30-60 калибров) и камера низкого давления разделены между собой диафрагмой. В случае использования в составе установке КПД, диафрагма расположена на границе раздела КВД и КПД. В общем случае, диафрагма представляет собой медный лист (фольгу) толщиной от 0,2 до 0,7 мм. В качестве диафрагмы между камерами используют медную фольгу толщиной 0,3 -0,4 мм. Использование такого типа диафрагм позволило в настоящее время достигать скоростей ударной волны 11.4 км/с при начальном давлении воздуха в камере низкого давления 0.25 Торр. По площади диафрагмы выполнены специальные крестообразные насечки, обеспечивающие облегчение ее разрыва, полное раскрытие и предотвращение уноса в поток оторванных «лепестков» меди, то есть увлечение в поток обрывков материала диафрагм практически отсутствует. Для каждого режима выбирается определенная толщина диафрагмы и глубина насечек. Диафрагма предназначена для отражения плоской ударной волны, формируемой в результате воспламенения гремучей смеси, одновременно с ее раскрытием без разрушения и отрыва лепестков, что приводит к сгоранию основной массы запасенного в камере высокого давления газа в режиме близком к детонации Чепмена-Жуге.The high-pressure chamber (inner diameter 50 mm, length 30-60 calibers) and the low-pressure chamber are separated by a diaphragm. If used as part of an efficiency unit, the diaphragm is located at the interface between HPC and efficiency. In general, the diaphragm is a copper sheet (foil) with a thickness of 0.2 to 0.7 mm. Copper foil with a thickness of 0.3-0.4 mm is used as a diaphragm between the chambers. The use of this type of diaphragm has made it possible to attain shock wave velocities of 11.4 km / s at an initial air pressure in the low-pressure chamber of 0.25 Torr. On the area of the diaphragm, special cross-shaped notches are made to facilitate its rupture, full disclosure and prevention of entrainment of the torn off "petals" of copper into the flow, that is, there is practically no entrainment of scraps of diaphragm material into the flow. For each mode, a specific diaphragm thickness and notch depth are selected. The diaphragm is designed to reflect a plane shock wave formed as a result of the ignition of an explosive mixture, simultaneously with its opening without destruction and detachment of the petals, which leads to the combustion of the bulk of the gas stored in the high-pressure chamber in a mode close to Chapman-Jouguet detonation.

В торце КВД, расположенном с противоположной от диафрагмы стороны расположена форкамера, предназначенная для воспламенения гремучей смеси. Форкамера может быть образована торцом и стенками КВД и ограничена перфорированным листом из нержавеющей стали. В другом варианте исполнения форкамера образована вставкой стального «стакана» с перфорированным дном в торец КВД. Таким образом, форкамера имеет диаметр, совпадающий с внутренним диаметром КВД, и протяженность порядка 20 мм. Перфорация выполнена равномерной, при этом каждое отверстие выполнено в виде аналога сопла Лаваля. Отношение площадей перфорации к площади сечения УТ находится в диапазоне: 20-100. Перфорация в стенке форкамеры обеспечивает истечение однородных горячих струй и формирование плоской ударной волны на расстоянии нескольких калибров (3-и калибра) от торца КВД, вблизи которого сформирована форкамера.At the end of the HPC, located on the side opposite to the diaphragm, there is a prechamber intended for igniting the explosive mixture. The prechamber can be formed by the end and walls of the HPC and bounded by a perforated stainless steel sheet. In another embodiment, the prechamber is formed by inserting a steel "cup" with a perforated bottom into the HPC end. Thus, the prechamber has a diameter that coincides with the inner diameter of the pressure build-up and has a length of about 20 mm. The perforation is made uniform, with each hole made in the form of an analogue of the Laval nozzle. The ratio of the perforated areas to the cross-sectional area of the UT is in the range: 20-100. Perforation in the wall of the prechamber provides the outflow of uniform hot jets and the formation of a plane shock wave at a distance of several calibers (3 calibers) from the end of the pressure build-up pump, near which the prechamber is formed.

В торце КВД также смонтировано средство поджига гремучей смеси, выполненное, например, в виде автомобильной свечи. В каждой камере ударной трубы поддерживается определенное давление. Так, диапазон давлений в КВД составляет 8-10 атм.At the end of the HPC, there is also a means for igniting an explosive mixture, made, for example, in the form of a car candle. A certain pressure is maintained in each chamber of the shock tube. Thus, the pressure range in the HPC is 8-10 atm.

Измерение скорости ударной волны в измерительном сечении осуществляют пьезодатчиками. Регистрация сигналов с пъезодатчиков выполняется цифровыми запоминающими осциллографами с шириной полосы 100 мГц.Measurement of the shock wave velocity in the measuring section is carried out by piezoelectric sensors. Signals from piezoelectric sensors are recorded by digital storage oscilloscopes with a bandwidth of 100 MHz.

В камере низкого давления на расстоянии 50 и 60 калибров от диафрагмы друг напротив друга расположены пары оптических окон диаметром 10 мм для наблюдения за излучением исследуемого газа. Через окна в каждом эксперименте производились измерения, как спектрального состава излучения, так и изменения во времени интенсивности излучения.In the low-pressure chamber, at a distance of 50 and 60 calibers from the diaphragm, pairs of optical windows with a diameter of 10 mm are located opposite each other for observing the emission of the studied gas. Through the windows in each experiment, measurements were made of both the spectral composition of the radiation and the time variation of the radiation intensity.

На первом этапе реализации способа в камеру высокого давления подают газы для формирования исходной газовой смеси. В качестве исходной газовой смеси может быть использована смесь гелий/кислород/водород в стехиометрической концентрации кислорода и водорода. При этом концентрация гелия составляет от 50до 65%. Газы для формирования исходной газовой смеси подают в камеру высокого давления (КВД), при этом сначала КВД заполняют гелием, после чего подают последовательно кислород и водород. Для более быстрого перемешивания газы в КВД могут быть поданы с двух противоположных концов камеры. Затем камеру оставляют для обеспечения перемешивания газов. Время перемешивания для КВД длиной 150 см составляет не менее 60 минут для обеспечения хорошей повторяемости. Возможно предварительное приготовление смеси гелия с кислородом в отдельном резервуаре и подача в КВД готовой смеси гелий/кислород и отдельно водород. В таком случае время несколько снижается и, например, для КВД длиной 150 см составит около 40 минут.At the first stage of the method implementation, gases are fed into the high-pressure chamber to form the initial gas mixture. A helium / oxygen / hydrogen mixture in the stoichiometric concentration of oxygen and hydrogen can be used as the initial gas mixture. In this case, the concentration of helium is from 50 to 65%. Gases for the formation of the initial gas mixture are fed into the high-pressure chamber (HPC), while the HPC is first filled with helium, after which oxygen and hydrogen are fed in succession. For faster mixing, gases in the HPC can be fed from two opposite ends of the chamber. The chamber is then left to mix the gases. Mixing time for 150 cm HPC is at least 60 minutes to ensure good repeatability. It is possible to pre-prepare a mixture of helium with oxygen in a separate tank and supply a ready-made mixture of helium / oxygen and hydrogen separately to the HPC. In this case, the time is somewhat reduced and, for example, for a pressure build-up with a length of 150 cm, it will be about 40 minutes.

Гремучую смесь для поджига подают в форкамеру. С использованием автомобильной свечи осуществляют поджиг гремучей смеси в форкамере, искровое воспламенение которой приводит к образованию поперечных волн сжатия, которые выравнивают давление в форкамере. С повышением давления начинается струйное истечение продуктов горения через перфорацию торца форкамеры в основную часть камеры высокого давления, заполненную гремучей смесью с гелием. Близкие по интенсивности и составу струи (поступающие из форкамеры и находящиеся в КВД) обеспечивают однородное в поперечном направлении воспламенение газа в камере высокого давления. Возникающий фронт пламени генерирует практически плоскую ударную волну, которая к моменту подхода к диафрагме, разделяющей камеру высокого давления и камеру низкого давления, успевает продвинуться на сравнительно большое расстояние от фронта пламени. Эмпирически подобранные значения давления (8-10 атм. в КВД) и состава газа (сочетание гремучей смеси и гелия практически в равном соотношении), а также материал (медная фольга) и толщина диафрагмы (0,3-0,7 мм) приводят к тому, что интенсивности отраженной ударной волны не хватает для разрыва диафрагмы, но достаточно для взрывного воспламенения газа у диафрагмы. Взрывное выделение энергии повышает давление за отраженной от диафрагмы ударной волной, что становится причиной возникновения пересжатой детонации и разрыва диафрагмы, которая быстро приближается к режиму детонации Чепмена-Жуге и обеспечивает полное сгорание газа в камере высокого давления. Интенсивность ударной волны, формирующейся в камере низкого давления, определяется работой, которую могут совершить продукты горения газа, запасенного в камере высокого давления. Необходимо отметить, что даже при полном сгорании газа продукты дефлаграционного (медленного) горения совершают меньшую работу, чем при горении в режиме детонации Чепмена-Жуге [2].The explosive mixture for ignition is fed into the prechamber. Using a car spark plug, the explosive mixture is ignited in the prechamber, the spark ignition of which leads to the formation of transverse compression waves, which equalize the pressure in the prechamber. With an increase in pressure, a jet outflow of combustion products begins through the perforation of the end of the prechamber into the main part of the high-pressure chamber filled with an explosive mixture with helium. The jets, which are close in intensity and composition (coming from the prechamber and located in the HPC), ensure homogeneous ignition of the gas in the high-pressure chamber in the transverse direction. The resulting flame front generates an almost plane shock wave, which, by the time it approaches the diaphragm separating the high-pressure chamber and the low-pressure chamber, has time to move a relatively large distance from the flame front. Empirically selected values of pressure (8-10 atm. In HPC) and gas composition (combination of an explosive mixture and helium in almost equal ratio), as well as material (copper foil) and diaphragm thickness (0.3-0.7 mm) lead to the fact that the intensity of the reflected shock wave is not enough to rupture the diaphragm, but enough to explosively ignite the gas at the diaphragm. The explosive release of energy increases the pressure behind the shock wave reflected from the diaphragm, which causes over-compressed detonation and rupture of the diaphragm, which quickly approaches the Chapman-Jouguet detonation mode and ensures complete combustion of the gas in the high-pressure chamber. The intensity of the shock wave that forms in the low-pressure chamber is determined by the work that the combustion products of the gas stored in the high-pressure chamber can do. It should be noted that even with complete combustion of the gas, the products of deflagration (slow) combustion perform less work than during combustion in the Chapman-Jouguet detonation mode [2].

Для исследования полученной ударной волны в КНД предусмотрены две измерительные секции на расстоянии 50 и 60 калибров от диафрагмы. Каждая измерительная секция имеет два оптических окна диаметром 10 мм, расположенных друг напротив друга. Окна в измерительной секции расположены между двумя пьезоэлектрическими датчиками ∅4 мм, измеряющими среднюю скорость ударной волны в момент прохождения ее мимо соответствующего оптического окна. Пьезоэлектрические датчики давления имеют скорость нарастания фронта 0.9 мкс, чувствительность датчиков составляет ~0.3 В/атм. Сигнал с датчиков давления регистрируют цифровым осциллографом и фиксируют в память компьютера. КПД (в случае ее использования) снабжена двумя аналогичными пьезоэлектрическими датчиками давления, расположенными со стороны, обращенной к камере низкого давления на расстоянии 11 и 21 см от диафрагмы. Датчики давления КПД позволяют контролировать скорость ударной волны в буферном газе и получать информацию о процессе раскрытия диафрагмы между КПД и КНД. Информацию датчиков регистрируют цифровым осциллографом и передают для записи в компьютер.To study the received shock wave in the LPC, two measuring sections are provided at a distance of 50 and 60 calibers from the diaphragm. Each measuring section has two optical windows with a diameter of 10 mm, located opposite each other. The windows in the measuring section are located between two piezoelectric sensors ∅4 mm, which measure the average velocity of the shock wave at the moment of its passage past the corresponding optical window. Piezoelectric pressure sensors have a rise rate of 0.9 μs, the sensitivity of the sensors is ~ 0.3 V / atm. The signal from the pressure sensors is recorded with a digital oscilloscope and recorded in the computer memory. The efficiency (if used) is equipped with two similar piezoelectric pressure sensors located on the side facing the low-pressure chamber at a distance of 11 and 21 cm from the diaphragm. Efficiency pressure sensors allow monitoring the shock wave velocity in the buffer gas and obtaining information about the process of opening the diaphragm between the efficiency and LPC. The information from the sensors is recorded by a digital oscilloscope and transferred to a computer for recording.

Пример конкретного выполненияAn example of a specific implementation

Заявляемый способ в рамках опытной эксплуатации реализован на экспериментальном комплексе "Ударная труба" лаборатории "Кинетических процессов в газах" (лаб. 109) НИИ механики МГУ. В камере высокого давления установлены датчики давления, сигнал с которых записывался на компьютер с помощью АЦП L-20-10. Газовое наполнение камеры высокого давления представляет собой смесь гремучей смеси (стехиометрической кислородно-водородной смеси и инертного газа-разбавителя гелия в пропорциях He:H2:O2=3:2:1). Рабочее давление в камере высокого давления (КВД) составляет 9 атм, заполняющий ее газ состоит из 50 % гремучей смеси и 50 % гелия, для поджига гремучей смеси в форкамере использовалась свеча зажигания с энергией разряда 100 мДж, перфорированный диск расположен в 20 мм от торцевой стенки КВД и имеет 19 микросопловых отверстий входным диаметром 1 мм и выходным 2 мм, медная диафрагма имеет толщину 0,5 мм. Камера низкого давления имеет следующие характеристики: р1=0.25 Торр; 100% воздух. Смесь указанного состава подают в КВД через систему подачи горючей смеси. В форкамеру подают чистую гремучую смесь и поджигают, после чего гремучая смесь воспламеняется, горячий газ через отверстия перфорации поступает в полость КВД, где формируется плоская ударная волна, которая достигает диафрагмы, отражается от нее, в результате чего достигается режим Чепмена-Жуге и формируется ударная волна со скоростью 11.4 км/с. Проведенные эксперименты подтверждают заявленное изобретение. При этом энергетические затраты составляют 84.4кДж, что существенно ниже энергетических затрат для получения высокоскоростных ударных волн в соответствии с прототипом (более, чем в сорок раз).The claimed method in the framework of trial operation is implemented on the experimental complex "Shock tube" laboratory "Kinetic processes in gases" (lab. 109) Research Institute of Mechanics, Moscow State University. Pressure sensors are installed in the high-pressure chamber, the signal from which was recorded on a computer using an L-20-10 ADC. The gas filling of the high-pressure chamber is a mixture of an explosive mixture (stoichiometric oxygen-hydrogen mixture and an inert diluent gas helium in the proportions He: H2: O2 = 3: 2: 1). The working pressure in the high-pressure chamber (HPC) is 9 atm, the gas filling it consists of 50% explosive mixture and 50% helium, a spark plug with a discharge energy of 100 mJ was used to ignite the explosive mixture in the prechamber, the perforated disk is located 20 mm from the end the HPC walls and has 19 micro-nozzle holes with an inlet diameter of 1 mm and an outlet diameter of 2 mm; the copper diaphragm has a thickness of 0.5 mm. The low pressure chamber has the following characteristics: p 1 = 0.25 Torr; 100% air. The mixture of the specified composition is fed to the HPC through the fuel mixture supply system. A pure explosive mixture is fed into the prechamber and ignited, after which the explosive mixture ignites, the hot gas enters the HPC cavity through the perforation holes, where a plane shock wave is formed, which reaches the diaphragm, is reflected from it, as a result of which the Chapman-Jouguet regime is achieved and a shock wave with a speed of 11.4 km / s. The experiments carried out confirm the claimed invention. In this case, the energy costs are 84.4 kJ, which is significantly lower than the energy costs for obtaining high-speed shock waves in accordance with the prototype (more than forty times).

На фиг. 3 представлен образец осциллограммы сигналов датчиков давления (расстояние между датчиками P9 и P10, которые регистрируют скорость ударной волны в камере низкого давления ударной трубы, равно 100мм).FIG. 3 shows a sample oscillogram of pressure sensor signals (the distance between sensors P9 and P10, which register the speed of the shock wave in the low-pressure chamber of the shock tube, is 100 mm).

Таким образом, заявляемый способ позволяет в традиционной ударной трубе с длиной КВД не превышающей 1.5м, при сжигании фактически любой горючей смеси, в частности, смеси кислород/водород/гелий, получать скорости ударной волны равные 2-й космической и выше, при начальных давлениях равных 0,25Торр, что соответствует самому важному участку спуска космических аппаратов.Thus, the claimed method allows, in a traditional shock tube with a pressure build-up pressure not exceeding 1.5 m, during the combustion of virtually any combustible mixture, in particular, an oxygen / hydrogen / helium mixture, to obtain a shock wave velocity equal to the 2nd cosmic one and higher, at initial pressures equal to 0.25 Torr, which corresponds to the most important site of the descent of spacecraft.

Claims (5)

1. Способ генерации высокоскоростной ударной волны в ударной трубе, содержащей камеру высокого давления (КВД), с одного торца снабженную форкамерой с перфорированным торцом, обращенным в направлении распространения волны, а с другого торца через диафрагму соединенную с камерой низкого давления (КНД), включающий подачу гелия и гремучей смеси в КВД, подачу и воспламенение в форкамере гремучей смеси, в результате сжигания которой обеспечивают инжекцию горячих струй газа из форкамеры через отверстия перфорации в полость КВД, которые на расстоянии не более 3-х калибров от торца КВД приводят к формированию плоской падающей ударной волны, разрушающей диафрагму с формированием отраженной волны детонации Чепмена – Жуге и проходящей в КНД ударной волны со скоростью более 11 км/с, толкающим газом для которой являются продукты горения гремучей смеси с гелием.1. A method of generating a high-speed shock wave in a shock tube containing a high-pressure chamber (HPC), from one end is equipped with a prechamber with a perforated end facing in the direction of wave propagation, and from the other end through a diaphragm connected to a low-pressure chamber (LPC), including the supply of helium and an explosive mixture to the HPC, the supply and ignition of an explosive mixture in the prechamber, as a result of its combustion, hot gas jets are injected from the prechamber through the perforation holes into the HPC cavity, which, at a distance of no more than 3 calibers from the HPC end, lead to the formation of a flat an incident shock wave that destroys the diaphragm with the formation of a reflected Chapman - Jouguet detonation wave and a shock wave passing through the LPC at a speed of more than 11 km / s, the propelling gas for which is the combustion products of an explosive mixture with helium. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диафрагма выполнена из медного листа толщиной от 0,3 до 0,7 мм, снабженного крестообразными насечками размером от 0,2 до 0,3 мм, обеспечивающими предотвращения разлета ее частиц при разрушении.2. The method according to claim 1, characterized in that the diaphragm is made of a copper sheet with a thickness of 0.3 to 0.7 mm, equipped with cruciform notches with a size of 0.2 to 0.3 mm, which prevent the dispersion of its particles upon destruction. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что начальное давление в КВД находится в диапазоне от 8 до 10 атм, а парциальное давление гелия в КВД при этом составляет от 50 до 65%. 3. The method according to claim 1, characterized in that the initial pressure in the HPC is in the range from 8 to 10 atm, and the partial pressure of helium in the HPC is from 50 to 65%. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что после подачи гелия и гремучей смеси в КВД обеспечивают перемешивание компонентов смеси выдерживанием в течение 30-80 минут.4. The method according to claim 1, characterized in that after the supply of helium and the explosive mixture to the HPC, the components of the mixture are mixed by holding for 30-80 minutes. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что длина КВД не превышает 1,5 м.5. The method according to claim 1, characterized in that the length of the HPC does not exceed 1.5 m.
RU2020124299A 2020-07-22 2020-07-22 Method for generation of high-speed shock wave in impact pipe RU2744308C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124299A RU2744308C1 (en) 2020-07-22 2020-07-22 Method for generation of high-speed shock wave in impact pipe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020124299A RU2744308C1 (en) 2020-07-22 2020-07-22 Method for generation of high-speed shock wave in impact pipe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2744308C1 true RU2744308C1 (en) 2021-03-05

Family

ID=74857739

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020124299A RU2744308C1 (en) 2020-07-22 2020-07-22 Method for generation of high-speed shock wave in impact pipe

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2744308C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2806821C1 (en) * 2023-02-07 2023-11-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Method for synchronous measurement of plasma parameters in a shock tube

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1502901A2 (en) * 1987-12-08 1989-08-23 Казанский государственный университет им.В.И.Ульянова-Ленина Pulse burning device
US7758334B2 (en) * 2006-03-28 2010-07-20 Purdue Research Foundation Valveless pulsed detonation combustor
RU2429409C1 (en) * 2010-03-04 2011-09-20 Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) Initiation method of detonation in tube with flammable mixture and device for its implementation
RU2430303C1 (en) * 2010-03-04 2011-09-27 Некоммерческое партнерство по научной, образовательной и инновационной деятельности "Центр импульсно-детонационного горения" (НП "Центр ИДГ") Detonation initiation device
RU2659415C1 (en) * 2017-06-14 2018-07-02 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Pulse detonation initiation method
RU2672244C1 (en) * 2017-11-15 2018-11-12 Общество с ограниченной ответственностью "Новые физические принципы" Method for initiating detonation in pipe with combustible mixture and device for its implementation

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1502901A2 (en) * 1987-12-08 1989-08-23 Казанский государственный университет им.В.И.Ульянова-Ленина Pulse burning device
US7758334B2 (en) * 2006-03-28 2010-07-20 Purdue Research Foundation Valveless pulsed detonation combustor
RU2429409C1 (en) * 2010-03-04 2011-09-20 Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) Initiation method of detonation in tube with flammable mixture and device for its implementation
RU2430303C1 (en) * 2010-03-04 2011-09-27 Некоммерческое партнерство по научной, образовательной и инновационной деятельности "Центр импульсно-детонационного горения" (НП "Центр ИДГ") Detonation initiation device
RU2659415C1 (en) * 2017-06-14 2018-07-02 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" Pulse detonation initiation method
RU2672244C1 (en) * 2017-11-15 2018-11-12 Общество с ограниченной ответственностью "Новые физические принципы" Method for initiating detonation in pipe with combustible mixture and device for its implementation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2806821C1 (en) * 2023-02-07 2023-11-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Method for synchronous measurement of plasma parameters in a shock tube

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gu et al. Capabilities and limitations of existing hypersonic facilities
Kaneshige et al. Oblique detonation stabilized on a hypervelocity projectile
Bangalore Venkatesh et al. Deflagration-to-detonation transition in nitrous oxide-ethylene mixtures and its application to pulsed propulsion systems
RU2744308C1 (en) Method for generation of high-speed shock wave in impact pipe
Zhao et al. Performance of a detonation driven shock tunnel
Verma et al. Gas-density effects on dual-bell transition behavior
Mikolaitis et al. Ignition delay for jet propellant 10/air and jet propellant 10/high-energy density fuel/air mixtures
Li et al. Experimental study on transmission of an overdriven detonation wave from propane/oxygen to propane/air
RU203856U1 (en) SHOCK TUBE FOR HIGH-SPEED SHOCK WAVE GENERATION
CN107061050A (en) A kind of pulse rifle
BRUCKNER et al. Investigation of gasdynamic phenomena associated with the ram accelerator concept
US8910505B2 (en) System and method for simulating primary and secondary blast
Frolov et al. Deflagration-to-detonation transition in crossed-flow fast jets of propellant components
Zhukov et al. Effect of a nanosecond gas discharge on deflagration to detonation transition
Wakita et al. Driver gas reduction effect of pulse-detonation-engine initiator using reflecting board
Stewart et al. Effects of launch tube gases on starting of the ram accelerator
RU2794434C1 (en) Shock tube-based device for synchronous measurement of plasma parameters
Saretto et al. Predetonator to thrust tube detonation transition studies for multi-cycle PDE applications
US4033267A (en) Flueric cartridge initiator
Shepherd et al. Detonation initiation and propagation
Chin et al. Time-resolved measurements of detonation decoupling and amplification
Grubelich et al. Deflagration-to-Detonation Transition in Nitrous Oxide-Ethylene Mixtures and its Application to Pulsed Propulsion Systems.
Saretto et al. Studies of detonation transition in a gradual area expansion for multi-cycle PDE applications
RU2806821C1 (en) Method for synchronous measurement of plasma parameters in a shock tube
DE TURENNE et al. Recent results from the University of Washington's 38 mm ram accelerator