Патент жуков

аэрозольный огнетушащий состав

Использование: в аэрозольных огнетушителях для объемного пожаротушения в замкнутых или полузамкнутых объемах. Сущность изобретения: состав содержит, мас.%: 40,0 — 70,0 нитрата калия, 0,2 — 10,0 гексациано (Ш) феррата калия, 0,5 — 2,0 диметилдифенилмочевины или дифениламина, или их смеси, 4,5 — 9,5 углерода, 0,5 — 2,0 масла смазочного, 0,1 — 4,0 фторопласта, 0,02 — 1,0 стеарата натрия или цинка, пластифицированная полярными или неполярными пластификаторами, или их смесями нитроцеллюлоза — остальное. В качестве последней может быть использована нитроцеллюлоза, пластифицированная триацетином при соотношении 40 — 45 : 60 — 55. 1 з.п. 2 табл.

Рисунки к патенту РФ 2022589

Изобретение относится к области разработки аэрозольных огнетушащих составов для объемного пожаротушения в замкнутых или полузамкнутых объемах, в частности, для тушения пожаров в двигательных установках самолетов, автомобилей, вертолетов, тепловозов и других.

При горении аэрозольного огнетушащего состава образуются высокодиспергированные огнетушащие агенты, обладающие высокой способностью ингибировать пламенные цепные реакции.

Как правило, газогенераторы пожаротушащих установок должны работать при атмосферном давлении или в интервале давлений, близких к нему. Поэтому аэрозольные огнетушащие составы должны устойчиво гореть и иметь низкую зависимость скорости горения от давления в интервале 1-5 атм. С другой стороны, пожаротушащие установки различного назначения должны обеспечивать различный секундный расход за счет регулирования скорости горения аэрозольного огнетушащего состава.

Известны аэрозольные огнетушащие составы, включающие огнетушащий агент, окислитель и связующие, например, состав для огнетушения (патент США N 3972820), состоящий из следующих компонентов, мас.%: галоидное соединение (гексахлорбензол, гексабромбензол и др.) 25-85; окислитель (хлорат или перхлорат натрия или калия) 15-45; связующее (эпоксидная смола) 3-50. Состав представляет собой твердую смесь, полученную отверждением при температуре 70 о С в течение 17 ч. При горении указанного состава образуются высокодиспергированные огнетушащие агенты (за счет испарения галоидных соединений), которые подавляют пожар.

Однако указанный состав характеризуется невозможностью регулирования скорости горения, особенно при низких давлениях, близких к атмосферному из-за отсутствия катализатора и активатора горения, что приводит к повышенному расходу состава для обеспечения безотказной работы газогенератора, низкой огнетушащей способностью (100-150 г/м 3 ), низкой химической стойкостью (отсутствие стабилизатора) и, как следствие, небольшой гарантийный срок хранения; образованием экологически вредных веществ при горении (гексахлорбензол, гексабромбензол и др.). Кроме того, сложность технологии изготовления состава затрудняет ее промышленное осуществление в серийном производстве.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является аэрозольный огнетушащий состав, содержащий 55-90% нитрата или перхлората щелочного металла и 10-45% горючего связующего. В качестве горючего связующего используют баллиститный порох (международная заявка РСТ NWO 92/17244).

Но заявленный состав не обладает достаточно высокой скоростью горения при атмосферном давлении, которая обеспечила бы снижение зависимости скорости горения от давления в интервале давлений, близким к атмосферному. Недостатком этого состава является и то, что при неполном сгорании продуктов оказывается вредное влияние недогоревших окислов углерода (СО) и азота, а также ионов хлора. Кроме того, производство зарядов производится прессованием, что не обеспечивает достаточно высокую производительность.

В основу изобретения положена задача разработать аэрозольный огнетушащий состав, обладающий высокой огнетушащей способностью с повышенной скоростью горения при атмосферном давлении, обеспечивающий снижение зависимости скорости горения от давления в интервале давлений, близких к атмосферному, характеризуемый повышенной экологической безопасностью за счет обеспечения более полного сгорания продуктов, а следовательно, уменьшения недогоревших окислов углерода и азота, а также исключения ионов хлора, являющихся причиной коррозии материалов. Одновременно поставлена задача повышения производительности при изготовлении зарядов за счет применения существующей шнековой технологии.

Задача решена тем, что аэрозольный огнетушащий состав включает нитрат калия, горючее связующее — баллиститный порох и катализатор-гексациано(III)феррат калия. Причем баллиститный порох содержит диметилдифенилмочевину, или дифениламин, или их смесь, углерод, масло смазочное, фторпласт, стеарат натрия или цинка и нитроцеллюлозу, пластифицированную полярными и неполярными пластификаторами или их смесями, при следующем соотношении исходных компонентов, мас. %: нитрат калия 40,0-70,0, гексациано(III)феррат калия 0,2-10,0, диметилдифенилмочевина, или дифениламин, или их смесь 0,5-2,0, углерод 4,5-9,5, масло смазочное 0,5-2,0, фторпласт 0,1-4,0; стеарат натрия или цинка 0,02-1,0, нитроцеллюлоза пластифицированная остальное.

С целью повышения эффективности аэрозольный состав может содержать следующие варианты пластифицированной целлюлозы: нитроцеллюлозу, пластифицированную динитродиэтиленгликолем или триацетином при их весовом соотношении 40-45: 60-55 соответственно; нитроцеллюлозу, пластифицированную смесью динитродиэтиленгликоля и триацетина, взятых в соотношении 1:1, при весовом соотношении нитроцеллюлозы и указанной смеси 40-45:60-55 соответственно; нитроцеллюлозу, пластифицированную смесью триацетина и дибутилфталата, взятых в соотношении 1:1, при весовом соотношении нитроцеллюлозы и указанной смеси 40-45: 60-55 соответственно; нитроцеллюлозу, пластифицированную смесью динитродиэтиленгликоля и дибутилфталата, взятых в соотношении 1:1, при соотношении нитроцеллюлозы и указанной смеси 40-45:60-55 соответственно. Предлагаемый состав обладает высокой огнетушащей способностью 10-25 г/м 3 , высокой скоростью горения при Р=0,1 МПа 3,9-4,9 мм/с, прочностью при сжатии 30-42 МПа. Кроме того, состав характеризуется снижением зависимости скорости горения от давления при низких давлениях (0,3-3 МПа), что исключает аномальную работу генератора пожаротушения, повышает огнетушащую способность состава и приводит к снижению его расхода. Состав обладает высокими физико-механическими характеристиками, а именно, прочность при растяжении Eр 293К составляет 2,5-3 МПа, деформация p 293K 5-12%, модуль упругости Ер 293К = 80-85 МПа. Заявляемый состав также характеризуется простотой технологии изготовления и удобством изготовления из него элементов заданных форм и размеров для применения. Процесс изготовления элементов для применения включает следующие операции: изготовление массы из исходных компонентов без ввода водорастворимых нитрата калия и гексоциано(III)феррата калия в водной среде путем перемешивания, отжим полученной массы, смещение полученной массы с нитратом калия и гексоциано(III)ферратом калия, прессование элементов заданных форм и размеров.

П р и м е р 1. Состав состоит из следующих компонентов, мас.%: Нитрат калия 61,2 Гексоциано(III)феррат калия 4,8 Дифениламин 0,5 Углерод 8,4 Масло индустриальное 0,5 Фторопласт 1,5 Стеарат натрия 0,1
Пластифицированная
нитроцеллюлоза (в т.ч.

нитроцеллюлоза 10,4 ди- нитродиэтиленгликоль 12,6) 23,0
Для экспериментальной проверки пожаротушащего эффекта состава на базе жаровой трубы камеры сгорания воздушно-реактивного двигателя была создана установка, позволяющая моделировать условия пожара в скоростном потоке воздуха, характерного для авиационной техники.

Огнетушитель, оснащенный аэрозольным твердотопливным зарядом из указанного состава, устанавливался соосно с жаровой трубой на расстоянии 0,5-1 м от среза. В процессе эксперимента по тушению расход и скорость воздушного потока регулировалась в пределах 0,1-0,2 кг/с, 100-1000 м/c cоответственно, расход керосина ТС-1 от 20 до 70 г/с. Температура продуктов сгорания по показаниям датчиков варьировалась от 1200 до 1500 о С. Суммарный расход газоаэрозольной смеси варьировался от 30 до 100 г/с. В процессе экспериментов было получено устойчивое гашение пламени жаровой трубы при удельном расходе газоструи около 50-75 г/кг воздуха. В процессе гашения расход топлива ТС-1 через топливную форсунку поддерживался постоянным. Время работы жаровой трубы до включения огнетушителя варьировалось от 7 с до 1,5 мин. Время работы огнетушителя от 1 до 6 с.

Результаты испытаний представлены в табл. 1.

П р и м е р ы 2-5. Состав аналогичен описанному в примере 1 за исключением пластифицированной нитроцеллюлозы, взятой в различных вариантах. Варианты заявляемого состава и результаты экспериментальной проверки, проведенной аналогично примеру 1, представлены в табл. 1.

Как видно из данных, представленных в табл. 1, введение в заявляемый состав различных вариантов пластифицированной нитроцеллюлозы обеспечивает высокие равноценные показатели заявляемого состава, а именно, огнетушащая способность 20-25 г/см 3 , скорость горения 3,5-4,1, величина зависимости скорости горения от давлений, близких к атмосферному, составляет 0,2-0,27.

П р и м е р ы 6-9. Заявляемые варианты аэрозольного огнетушащего состава и результаты экспериментальной проверки, проведенной аналогично описанному в примере 1, представлены в табл. 2. В примере 6 в качестве стабилизатора химической стойкости введена диметилдифенилмочевина, а в качестве пластифицированной нитроцеллюлозы — нитроцеллюлоза, пластифицированная динитроэтиленгликолем в весовом соотношении 40:60. В примере 7 в качестве стабилизатора химической стойкости введена смесь диметилдифенилмочевины с дифениламином (1:1), в качестве пластифицированной нитроцеллюлозы — нитроцеллюлоза, пластифицированная смесью динитродиэтиленгликоля и триацетина (1:1) при весовом соотношении нитроцеллюлозы и указанной смеси 45:55. В примере 8 в качестве стабилизатора химической стойкости введен дифениламин, в качестве пластифицированной нитроцеллюлозы — нитроцеллюлоза, пластифицированная смесью триацетина и дибутилфталата (1:1) при весовом соотношении нитроцеллюлозы и указанной смеси 45:55. В примере 9 в качестве стабилизатора химической стойкости введен дифениламин, в качестве пластифицированной нитроцеллюлозы — нитроцеллюлоза, пластифицированная триацетином в весовом соотношении 40: 60. Для сравнения в табл. 2 приведены также испытания составов, имеющих выходящие за пределы заявленных количества исходных компонентов (примеры 10-13).

Термодинамическими расчетами и экспериментальным путем подтвержден состав продуктов сгорания заявляемого состава и прототипа.

Если суммарное количество недоокисленных окислов углерода и азота СО и NO, NO2 в продуктах сгорания прототипа принять за единицу, то в продуктах сгорания предлагаемого состава это количество уменьшается до 0,65-0,7. Таким образом, введением в состав гексациано(III)феррат калия и подбором соотношений остальных компонентов достигается поставленная цель, а именно: повышается скорость горения состава при давлениях, близких к атмосферному; в продуктах сгорания на 30-35% снижается доля вредных газов СО и NO, NO2, что существенно улучшает экологию окружающей среды; при изготовлении аэрозольобразующих зарядов из данного состава в 3-5 раза повышается производительность труда и соответственно снижается их себестоимость.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

АЭРОЗОЛЬНЫЙ ОГНЕТУШАЩИЙ СОСТАВ, включающий нитрат щелочного металла, баллиститный порох, отличающийся тем, что в качестве нитрата щелочного металла он содержит нитрат калия, в качестве баллиститного пороха — порох, содержащий пластифицированную полярными или неполярными пластификаторами или их смесями нитроцеллюлозу, диметилдифенилмочевину или дифениламин, или их смесь, углерод, масло смазочное, фторопласт, стерат натрия или цинка и дополнительно — гексациано (III) феррат калия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитрат калия 40,0 — 70,0
Гексациано(III)феррат калия 0,2 — 10,0
Диметилдифенилмочевина или дифениламин, или их смесь 0,5 — 2,0
Углерод 4,5 — 9,5
Масло смазочное 0,5 — 2,0
Фторопласт 0,1 — 4,0
Стеарат натрия или цинка 0,02 — 1,0
Пластифицированная полярными или неполярными пластификаторами, или их смесью нитроцеллюлоза Остальное
2. Состав по п.1, отличающийся тем, что в качестве пластифицированной нитроцеллюлозы он содержит нитроцеллюлозу, пластифицированную триацетином при их весовом соотношении 40 — 45 : 60 — 55 соответственно.

Читайте так же:  Требования к водителю категории d

НАУ
Кафедра комп’ютерних систем та мереж

Патентно-ліцензійне забезпечення

Патенти

2001-2013 роки

Деклараційний патент на винахід № 50077А «Перетворювач коду» / Жуков І.А.,

Гамаюн В.П., Візор Я.Є. – Опубл. 15.10.2002. Бюл. № 10.

Деклараційний патент на винахід № 50077 «Перетворювач коду» / Жуков І,А.,

Гамаюн В.П., Візор Я.Є. – Опубл. 17.05.2004. Бюл. № 5.

Деклараційний патент на винахід № 3471 «Пристрій для обчислення показникової функції» / Жуков І.А., Баранов Г.Л., Баранов В.Л., Мартинова О.П. – Опубл. 15.11.2004. Бюл. № 11.

Деклараційний патент на винахід № 7727 «Обчислювальний пристрій» / Жуков І.А., Жабін В.І., Клименко І.А., Ткаченко В.В. – Опубл. 15.07.2005. Бюл.№ 7.

Деклараційний патент на винахід № 7728 «Аналізатор мовлення» / Жуков І.А., Краковський В.Я., Мартинова О.П. – Опубл. 15.07.2005. Бюл. № 7.

Деклараційний патент на корисну модель № 10333 «Спосіб формування хвилеподібної напруги» / Багацький В.О., Бугаєнко В.В., Жуков І.А., Фабричев В.А. – Опубл. 15.11.2005., Бюл. № 11.

Деклараційний патент на корисну модель № 10334 «Пристрій для формування хвилеподібної напруги» / Багацький В.О., Бугаєнко В.В., Жуков І.А., Фабричев В.А. – Опубл. 15.11.2005., Бюл. № 11.

Деклараційний патент на корисну модель № 10441 «Пристрій для моделювання графів» / Жуков І.А., Мартинова О.П., Баранов В.Л., Баранов Г.Л. – Опубл. 15.11.2005. Бюл. № 11.

Деклараційний патент на корисну модель № 10444 «Обчислювальна система» /

Жуков І.А., Жабін В.І., Клименко І.А., Ткаченко В.В. – Опубл. 15.11.2005. Бюл. № 11.

Деклараційний патент на винахід № 74712 «Багатопроцесорна система» / Жуков І.А., Жабін В.І., Клименко І.А., Антонов Р.Л. – Опубл. 16.01.2006. Бюл. №1.

Деклараційний патент на винахід № 75209 «Пристрій для моделювання графів» /

Жуков І.А., Мартинова О.П., Баранов В.Л., Баранов Г.Л. – Опубл. 15.03.2006. Бюл. № 3.

Патент на винахід № 75415 «Пристрій для захисту від дзенькоту контактів» /

Багацький В.О., Бугаєнко В.В., Жуков І.А., Фабричев В.А. – Опубл. 17.04.2006. Бюл. № 4.

Патент на винахід № 75435 «Пристрій для обчислення експоненціальної функції» /

Жуков І.А., Баранов Г.Л., Баранов В.Л., Мартинова О.П. – Опубл. 17.04.2006. Бюл. № 4.

Патент на винахід № 75439 «Пристрій для обчислення експоненціальної функції» /

Жуков І.А., Баранов Г.Л., Баранов В.Л., Кременецький Г.М. – Опубл. 17.04.2006. Бюл. №4.

Патент на винахід № 75455 «Пристрій для обчислення сигмоїдальної функції» /

Жуков І.А., Баранов Г.Л., Баранов В.Л., Кременецький Г.М. – Опубл. 17.04.2006. Бюл. №4.

Патент на винахід № 76203 «Пристрій для обчислення показникової функції» / Жуков І.А.,

Баранов Г.Л., Баранов В.Л., Мартинова О.П. — Опубл. 17.07.2006. Бюл. № 7.

Патент на винахід № 76204 «Пристрій захисту від дзенькоту контактів» / Багацький В.О., Бугаєнко В.В., Жуков І.А., Фабричев В.А. – Опубл. 17.07.2006. Бюл. № 7.

Патент на винахід № 76210 «Пристрій захисту від дзенькоту контактів» / Багацький В.О., Бугаєнко В.В., Жуков І.А., Фабричев В.А. – Опубл. 17.07.2006. Бюл. № 7.

Патент на корисну модель № 18810 «Пристрій для формування хвилеподібної напруги» / Багацький В.О., Бугаєнко В.В., Жуков І.А., Фабричев В.А. — Опубл. 15.11.2006. Бюл. № 11.

Патент на корисну модель № 19341 «Спосіб формування хвилеподібної напруги» / Багацький В.О., Бугаєнко В.В., Жуков І.А., Фабричев В.А. — Опубл. 15.12.2006. Бюл. № 12.

Патент на винахід № 77980 «Пристрій для моделювання графів» / Жуков І.А.,

Мартинова О.П., Баранов В.Л., Баранов Г.Л. — Опубл. 15.02.2007. Бюл. № 2.

Патент на корисну модель № 22225 «Спосіб аналізу складу металевих сплавів» /

Антонов В.К. — Опубл. 25.04.2007. Бюл. № 5.

Патент на корисну модель № 25009 «Обчислювальна система» / Жабін В.І., Жуков І.А., Клименко І.А., Ткаченко В.В. — Опубл. 25.07.2007. Бюл. № 11.

Патент на корисну модель № 25491 «Пристрій для множення елементів скінченних полів GF(2n)» / Жуков І.А., Кубицкий В.І., Синельников О.О. — Опубл. 10.08.2007. Бюл. № 12.

Патент на корисну модель № 25555 «Програмуючий комутатор» / Жуков І.А., Аль Шибані Салім, Синельніков О.О., Пащенко Н.В. — Опубл. 10.08.2007. Бюл. № 12.

Патент на корисну модель № 27510 «Пристрій для додавання у парафазному коді» / Жуков І.А., Гуменюк В.О., Синельніков О.О., Пащенко Н.В. — Опубл. 12.11.2007. Бюл. № 18.

Патент на корисну модель № 27574 «Пристрій обчислення відстані між літаками у парафазному коді» / Жуков І.А., Синельніков О.О., Пащенко Н.В. — Опубл. 12.11.2007. Бюл. № 18.

Патент на корисну модель № 27610 «Пристрій для обчислення сум парних добутків» / Жуков І.А., Синельніков О.О., Антіпов А.О. — Опубл. 12.11.2007. Бюл. № 18.

Патент на корисну модель № 31664 «Поліноміальний екстраполятор для прогнозування

нтенсивностей інформаційних потоків в комп’ютерних мережах» / Жуков І.А.,

Антонов В.К., Дрововозов В.І., Аль-Сурікі-Ібрагім. — Опубл. 25.04.2008. Бюл. № 8.

Патент на винахід № 82569 «Пристрій для виділення старших і молодших одиниць з позиційного коду» / Жуков І.А., Гамаюн В.П., Яременко К.П. — Опубл. 25.04.2008. Бюл. № 8.

Патент на корисну модель № 34951 «Пристрій для обчислення показникової функції» / Жуков І.А., Мартинова О.П., Баранов В.Л., Баранов Г.Л. — Опубл. 26.08.2008. Бюл. № 16.

Патент № 40145 України, МПК G 06 F 7/00. Пристрій для ділення елементів скінченних полів GF(2n) / Жуков І.А., Кубицкий В.І., Синельніков О.О.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u200812736; заявл. 30.03.08; опубл. 25.03.09. Бюл. № 6.

Патент № 87478 України, МПК G 09 B 9/00. Пристрій для безкабельного введення та виведення інформації з обчислювача тренажера бортінженера літака / Жуков І.А., Моржов В.І.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № a200606303; заявл. 06.06.06; опубл. 27.07.09. Бюл. № 12.

Патент № 43629 України, МПК Н 03 М 7/00. Пристрій для множення елементів нескінченних полів (2n) / Жуков І.А., Кубицький В.І., Синельніков О.О.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u200902754; заявл. 25.03.09; опубл. 25.08.09. Бюл. № 16.

Патент № 88435 України, МПК G 06 F 7/50. Пристрій для ділення у пара фазному коді / Жуков І.А., Гуменюк В.О., Синельніков О.О., Пащенко Н.В.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № а200610647; заявл. 09.10.06; опубл. 12.10.09. Бюл. № 19.

Патент № 45642 України, МПК H 04 M 3/00, H 04 L 12/00, G 06 F 15/08/ Клерувальний комутатор / Жуков І.А., Красовська Є.В., Синельніков О.О., Антіпов А.О.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u200901898; заявл. 03.03.09; опубл. 25.11.09. Бюл. № 22.

Патент № 46616 України, МПК G 06 F 7/544, G 06 F 7/548. Пристрій для обчислення гіперболічного тангенса / Жуков І.А., Мартинова О.П., Баранов В.Л., Баранов Г.Л.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u200907996; заявл. 29.07.09; опубл. 25.12.09. Бюл. № 24.

Патент № 49051 України, МПК G02B 23/00. Телескоп / Антонов В.К.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u200912041; заявл. 24.11.09; опубл. 12.04.10. Бюл. № 7.

Патент № 49052 України, МПК Н03М 13/00. Пристрій для декодування одиночних недвійкових помилок / Жуков І.А., Кубицкий В.І., Синельникове О.О.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u200912043; заявл. 24.11.09; опубл. 12.04.10. Бюл. № 7.

Патент № 49400 України, МПК В64С 1/00. Літак / Антонов В.К.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u200912039; заявл. 24.11.09; опубл. 26.04.10. Бюл. № 8.

Патент № 49401 України, МПК В64С 37/00. Багатоступеневий аерокосмічний літак / Антонов В.К.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u200912040; заявл. 24.11.09; опубл. 26.04.10. Бюл. № 8.

Патент № 59112 України, МПК G06F 15/16. Обчислювальний пристрій / Клименко І.А., Жабіна В.В.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u201009793; заявл. 06.08.10; опубл. 10.05.11. Бюл. № 9.

Патент № 60390 України, МПК G06G 7/30, G05B 13/02, G05B 15/02. Цифровий оптимальний екстраполятор нестаціонарного трафіку комп’ютерних мереж / Гузій М.М., Андреєв О.В., Ігнатов В.О., Андрєєв В.І.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u201006549; заявл. 28.05.10; опубл. 25.06.11. Бюл. № 12.

Патент № 60391 України, МПК G06F 7/38. Арифметичний пристрій / Жуков І.А., Красовська Є.В., Синельніков О.О.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u201006810; заявл. 02.06.10; опубл. 25.06.11. Бюл. № 12.

Патент № 60400 України, МПК Н04В 7/005. Пристрій підвищення якості передавання даних в бездротових мережах в зонах невпевненого прийому або з недостатньою завадостійкістю / Дуднік А.С., Шевцова Є.В., Яценко М.М., Зубарева О.О.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u201007469; заявл. 15.06.10; опубл. 25.06.11. Бюл. № 12.

Патент № 60398 України, МПК G06F 15/16. Багатопроцесорна обчислювальна система /Жуков І. А., Клименко І.А., Біляєв С.М.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u201007467; заявл. 15.06.10; опубл. 25.06.11. Бюл. № 12.

Патент № 62874 України, МПК Н03М 13/00. Пристрій для декодування одиночних недвійкових помилок із застосуванням послідовного алгоритму кодування / Жуков І.А., Кубицкий В.І., Синельніков О.О.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u201014713; заявл. 08.12.10; опубл. 26.09.11. Бюл. № 18.

Патент № 62875 України, МПК Н03М 13/00. Пристрій для декодування одиночних недвійкових помилок / Жуков І.А., Кубицкий В.І., Синельніков О.О.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u201014714; заявл. 08.12.10; опубл. 26.09.11. Бюл. № 18.

Патент № 62878 України, МПК G06C 3/00, G01S 17/00. Спосіб двопараметричної оптимальної екстраполяції випадкових нестаціонарних сигналів на тлі завад / Ігнатов В.О., Жуков І.А., Андреєв О.В., Андрєєв В.І.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u201014719; заявл. 08.12.10; опубл. 26.09.11. Бюл. № 18.

Патент № 69626 України, МПК Н04В 7/005. Безпроводовий маршрутизатор з динамічним перерозподілом потоку заявок / Дуднік А.С., Якунін В.П.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u201111748; заявл. 05.10.11; опубл. 10.05.12. Бюл. № 9.

Читайте так же:  Возврат налогового вычета при ремонте квартиры

Патент № 69627 України, МПК Н03М 13/00. Пристрій для декодування подвійних помилок / Жуков І.А., Кубицький В.І., Синельніков О.О.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u201111750; заявл. 05.10.11; опубл. 10.05.12. Бюл. № 9.

Патент № 80152 України, МПК G01S 13/00, G01S 17/00, G06F 7/60. Цифровий інтегратор / Жуков І.А., Ковальов М.О.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. — № u201214548; заявл. 19.12.12; опубл. 13.05.13. Бюл. №9.

2014 рік

Патент № 91258 Україна, МПК G06F 7/60, G06F 7/64, G06F 7/57. Цифровий інтегро-арифметичний пристрій / Жуков І.А., Ковальов М.О., Кубицький В.І.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет.; Заявл. 06.02.2014, опубл. 25.06.2014. Бюл. №12.

Патент України на корисну модель № u2013 04818. UA86555U. Рекурсивний спосіб оптимальної екстраполяції характеристик випадкового нестаціонарного процесу на фоні завад. / Ігнатов В.О., Андрєєв В.І., Андрєєв О.В.; заявник і патентовласник Національний авіаційний університет. опубл. Січень 10.2014р.

© Національний авіаційний університет — КСM

катод плазменного ускорителя

Изобретение относится к области электрореактивных двигателей, а именно к классу плазменных ускорителей (холловских, ионных), использующих в своем составе катоды. Технический результат — повышение надежности работы катода за счет полного предотвращения возможности образования электрического контакта между спиралью нагревателя и держателем эмиттера, устранения возможности замыкания витков спирали друг с другом в процессе стартового разогрева, повышения механической прочности катода, устранения влияния теплового расширения электроизолятора на элементы конструкции катода. Катод плазменного ускорителя включает в себя поджигной электрод, эмиттер с держателем, трубопровод подачи к эмиттеру плазмообразующего вещества, нагревательный узел, включающий соосно установленные друг относительно друга корпус, спираль и электроизолятор, с внутренней стороны которого размещена спираль, а с внешней — корпус. Он содержит также токоподводы на концах спирали, имеющие участки контакта с внутренней поверхностью электроизолятора. На внутренней поверхности средней части электроизолятора выполнена спиральная канавка, в которой размещена большая часть спирали. При этом у обоих концов спирали на длине не менее одного шага ее витка на внутренней поверхности электроизолятора выполнены участки цилиндрической формы. Дополнительно к этому корпус нагревательного узла может охватывать полностью внешнюю поверхность электроизолятора и иметь на конце, обращенном к выходной части поджигного электрода, выступы, направленные в сторону торцевой части электроизолятора. Кроме того, между выступом и торцевой частью электроизолятора может быть установлена пружина. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2418337

Изобретение относится к области электрореактивных двигателей, а именно к классу плазменных ускорителей (холловских, ионных), использующих в своем составе катоды. При необходимости оно может быть использовано в смежных областях техники.

Известен плазменный катод-компенсатор, выполненный по широко распространенной конструктивной схеме [1]. Он имеет эмиттер цилиндрической формы, установленный внутри держателя, через который подается к эмиттеру рабочий газ. Для стартового разогрева эмиттера катод снабжен нагревателем, который расположен с внешней стороны держателя, причем один из токоподводов нагревателя стыкуется с держателем в области входа рабочего газа к эмиттеру. Нагреватель выполнен в виде металлической спирали из проволоки, установленной с зазором по отношению к внешней цилиндрической поверхности держателя. На втором конце спирали выполнен второй токоподвод цилиндрической формы, расположенный в области выхода рабочего газа из эмиттера или в области конца держателя. Учитывая необходимость обеспечения высоких температур эмиттера при его стартовом разогреве (

1800 К и даже более, если используется эмиттер из гексаборида лантана), спираль нагревателя и держатель изготавливают из тугоплавких материалов. В частности, типовым материалом нагревателя служит вольфрам-рениевый сплав ВР-20.

В данной конструкции спираль стыкуется на своих концах с конструктивными элементами катода, причем она не имеет контакта с какими-либо деталями или узлами катода, то есть она как бы свободно провисает внутри катода среди других элементов конструкции. В этом случае стартовый разогрев эмиттера и держателя осуществляется посредством излучения с внешней поверхности спирали нагревателя при пропускании по ней электрического тока.

Такая конструкция имеет существенные недостатки. Прежде всего, свободное провисание спирали нагревателя не обеспечивает ее высокой стойкости к механическим нагрузкам, в том числе к вибронагрузкам, то есть приводит к низкой механической прочности конструкции катода. Для современных катодов, находящихся в составе плазменных ускорителей космического применения, требования к виброперегрузкам очень высоки, они доходят до

25 g. При всех механический нагрузках возникающие усилия, действующие на спираль, передаются к местам стыка спирали с токоподводами. Эти места стыка, как правило, выполняются посредством высокотемпературной вакуумной сварки (производится сварка тугоплавких материалов) и не обладают требуемой высокой прочностью.

Другим недостатком такой конструкции является возможность замыкания витков спирали друг с другом в процессе интенсивного разогрева, поскольку тепловое расширение спирали при заделке ее концов в районе токоподводов приводит к деформации ее витков. Особенно этот эффект может проявиться после многочисленных актов стартового разогрева эмиттера или многократных включений катода. Требуемое же число включений катодов, предназначенных для использования в составе плазменных ускорителей, как правило, исчисляется десятками тысяч.

Следствием этого эффекта является падение сопротивления спирали и при фиксированном токе нагрева (который, как правило, поддерживается на одном уровне на борту космических летательных аппаратов) уменьшение мощности разогрева, что, в свою очередь, не исключает возможность недостаточного разогрева эмиттера при его стартовом разогреве в течение столь же фиксированного времени, определяемого программой запуска плазменного ускорителя. То есть этот эффект может привести к отказу в запуске катода, а в итоге к отказу в работе плазменного ускорителя.

Этот же эффект при его интенсивном развитии может привести к настолько значительной деформации спирали, такой степени ее провисания, что некоторые витки спирали могут коснуться охватываемой спиралью цилиндрической поверхности держателя. Тогда произойдет замыкание спирали с держателем. В этом случае образуется дополнительный электрический контакт спирали с держателем и при включении нагревателя значительная часть тока будет протекать уже не по спирали, а по телу держателя. Необходимого разогрева катода уже не будет, что приведет к отказу в запуске катода и соответственно в запуске плазменного ускорителя. Такого рода отказы неоднократно имели место при использовании нагревательных узлов катодов подобного типа.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому по совокупности существенных признаков является плазменный катод [2]. В этом плазменном катоде на внешней стороне спирали нагревателя установлен электроизолятор в виде цилиндрической изоляционной втулки, полностью охватывающей витки данной спирали. Электроизолятор, в свою очередь, охвачен с внешней своей стороны корпусом нагревателя, роль которого выполняет внутренняя втулка пакета тепловых экранов, служащих для теплоизоляции катода.

При этом « нагреватель снабжен опорным кольцом, размещенным в средней части витков нагревателя и установленным в полости изоляционной втулки » [2]. Опорное кольцо, как говорится в описании [2], установлено с целью увеличения жесткости спирали и устранения замыкания спирали с держателем при большом количестве включений катода. Однако установка такого кольца не устраняет полностью эффекта деформации спирали и соответственно не исключает возможности замыкания некоторых витков спирали друг с другом, что может привести к уменьшению мощности стартового разогрева, и, в свою очередь, к недостаточному разогреву эмиттера при его стартовом разогреве. Прежде всего, это связано с тем, что опорное кольцо, как правило, изготавливается из металлического материла, то есть оно имеет небольшую длину, чтобы не шунтировать витки спирали. Поэтому при установке опорного кольца в середине спирали примерно половина витков спирали все равно будет находиться в состоянии свободного провисания. Если длина спирали большая (например, в конструкции катодов с крупногабаритными эмиттерами для высоких токов разряда, которые требуют соответственно больших длин спирали), то данная конструкция полностью не защищает и от такого провисания спирали, когда может произойти замыкание спирали с держателем.

Кроме того, поскольку примерно половина витков спирали находится в состоянии свободного провисания, то в такой конструкции при механических воздействиях на катод к местам стыка спирали с токоподводами будут передаваться значительные нагрузки. Это понижает надежность работы нагревательного узла и катода в целом.

Дополнительно к этому следует отметить, что в данной конструкции катода электроизолятор в виде цилиндрической втулки, полностью охватывающей спираль, помимо электроизоляции спирали от внешне расположенных элементов конструкции катода, выполняет еще одну функцию. Он служит в качестве элемента второго опорного узла (см. описание [2]) основных деталей катода, а именно: держателя с эмиттером, деталей нагревателя, тепловых экранов, геттера (первой опорой этих деталей служит трубопровод подачи газа к эмиттеру). В качестве основного элемента второго опорного узла служит второй токоподвод спирали, расположенный в области выхода рабочего газа из эмиттера или в области конца держателя. Этот второй токоподвод, напрямую соединенный в конструкции данного катода с его корпусом, имеет участок контакта цилиндрической формы с внутренней поверхностью электроизолятора.

Однако конструкция этого опорного узла не лишена недостатков. Корпус нагревателя, установленный на внешней стороне электроизолятора, не охватывает электроизолятор по всей его поверхности. А именно концевая часть электроизолятора, расположенная в области выходной части держателя и имеющая по внутреннему своему диаметру участок контакта цилиндрической формы со вторым токоподводом, не имеет соответствующего этой части контакта с корпусом нагревателя по своему внешнему диаметру. При механических воздействиях радиального направления возникают изгибающие усилия на электроизоляторе, что отрицательно сказывается на его механической прочности. Целесообразнее было бы использовать такую конструкцию, в которой при механических воздействиях возникали бы усилия сжатия, а не изгиба, поскольку высокотемпературные электроизоляторы изготавливаются из керамических материалов, обладающих высокой прочностью к сжатию и низкой прочностью при изгибе.

Кроме того, в данной конструкции катода электроизолятор по своим торцевым поверхностям плотно пристыкован с одной своей стороны к держателю, а со второй — к корпусу катода. При разогреве катода электроизолятор за счет линейного расширения может изменять свою длину. Это может приводить к деформациям элементов конструкции катода и значительным силовым воздействиям на них, включая силовое воздействие на сам электроизолятор. Целесообразнее было бы применить термокомпенсирующий элемент для устранения этих негативных эффектов.

Читайте так же:  Судебная практика пациентов

Целью изобретения является повышение надежности работы катода за счет полного предотвращения возможности образования электрического замыкания между спиралью нагревателя и держателем эмиттера, устранения возможности замыкания витков спирали друг с другом, повышения механической прочности катода, устранения влияния теплового расширения электроизолятора на элементы конструкции катода.

Поставленная цель достигается тем, что в катоде плазменного ускорителя, содержащего поджигной электрод, эмиттер с держателем, трубопровод подачи к эмиттеру плазмообразующего вещества, нагревательный узел, включающий соосно установленные друг относительно друга корпус, спираль и электроизолятор, с внутренней стороны которого размещена спираль, а с внешней — корпус, токоподводы на концах спирали, имеющие участки контакта с внутренней поверхностью электроизолятора, на внутренней поверхности средней части электроизолятора выполнена спиральная канавка, в которой размещена большая часть спирали. При этом у обоих концов спирали на длине не менее одного шага ее витка на внутренней поверхности электроизолятора выполнены участки цилиндрической формы.

Кроме того, корпус нагревательного узла может охватывать полностью внешнюю поверхность электроизолятора и может быть снабжен на конце, обращенном к выходной части поджигного электрода, выступом, направленным в сторону торцевой части электроизолятора.

Помимо этого, между выступом и торцевой частью электроизолятора может быть установлена пружина.

Наличие на внутренней поверхности средней части электроизолятора спиральной канавки, в которой размещена большая часть спирали нагревателя, позволяет зафиксировать положение каждого витка спирали. При этом никакого свободного провисания спирали нагревателя в любой ее части не наблюдается, отсутствует возможность замыкания витков спирали друг с другом в процессе их разогрева. Поскольку почти каждый виток спирали (за исключением концевых витков) четко зафиксирован в канавках электроизолятора, то полностью исключена возможность касания спирали поверхности держателя, то есть замыкания спирали с держателем.

Кроме того, поскольку основная часть витков спирали зафиксирована, то при механических воздействиях возникающие на них усилия будут передаваться не местам стыка спирали с токоподводами, а канавкам электроизолятора. Это существенно повысит механическую прочность мест стыка, а значит, и нагревателя в целом. Таким образом, места стыка спирали с токоподводами будут существенно разгружены и подвергаться силовому воздействию только от одного или нескольких ближайших витков, которые не утоплены в спиральные канавки электроизолятора, а располагаются в области, где на внутренней поверхности электроизолятора выполнены участки цилиндрической формы.

Наличие в данном техническом решении свободных витков спирали, не уложенных в спиральные канавки вблизи мест стыка спирали с токоподводами (для чего и выполнены на внутренней поверхности электроизолятора участки цилиндрической формы) связано с тем, что участки спирали нагревателя вблизи токоподводов должны быть свободно провисающими для компенсации тепловых расширений концевых участков спирали при ее разогреве до высоких температур (

1800 К и даже более). В противном случае тепловые расширения могут привести к заметным силовым нагрузкам на места стыка спирали с токоподводами.

Виброиспытания нагревательных узлов катодов подобного типа показали, что хотя бы один виток спирали должен находиться в свободном состоянии. Поэтому в конструкции предлагаемого изобретения у обоих концов спирали на длине не менее одного шага ее витка на внутренней поверхности электроизолятора выполнены участки цилиндрической формы, которые не фиксируют положение этих частей спирали в канавках электроизолятора.

Дополнительным достоинством такой конструкции катода, помимо прочего, является то, что корпус нагревательного узла охватывает полностью внешнюю поверхность электроизолятора. При механических воздействиях радиальной направленности вместо изгибающих усилий в области второго опорного узла (как в конструкции катода по [2]) на концевую часть электроизолятора будут действовать усилия сжатия. В этом случае радиально направленные усилия на внутреннюю поверхность электроизолятора со стороны токоподвода будут восприниматься корпусом нагревательного узла, а возможные радиальные усилия на внешнюю поверхность электроизолятора со стороны корпуса нагревательного узла — токоподводом. Таким образом, электроизолятор в области второго опорного узла будет подкреплен с наружной стороны корпусом нагревателя, что повышает его стойкость к механическим воздействиям.

Еще одним дополнительным достоинством такой конструкции катода является повышение его вибропрочности за счет того, что корпус нагревательного узла снабжен на конце, обращенном к выходной части поджигного электрода, выступом, направленным в сторону торцевой части электроизолятора. При этом в данной конструкции электроизолятор по своим торцевым поверхностям не стыкуется плотно к обоим сопрягаемым с ним в осевом направлении деталям, то есть и к держателю, и к корпусу катода одновременно, как в конструкции катода [2].

Данный выступ, с одной стороны, ограничивает возможные осевые перемещения электроизолятора, чтобы предотвратить его разрушение при возможных осевых нагрузках, и в то же время при значительном повышении температуры в процессе стартового разогрева катода не приводит к возникновению значительных силовых воздействий на элементы конструкции катода (включая сам электроизолятор) за счет линейных расширений.

При этом с целью демпфирования возможных осевых перемещений электроизолятора при механических воздействиях между выступом и торцевой частью электроизолятора может быть установлена пружина.

Предлагаемое устройство катода плазменного ускорителя иллюстрируется схемой, представленной на чертеже. Катод плазменного ускорителя содержит поджигной электрод 1, эмиттер 2 с держателем 3, трубопровод 4 подачи к эмиттеру 2 плазмообразующего вещества. Катод содержит также нагревательный узел, включающий соосно установленные друг относительно друга корпус 5, спираль 6 и электроизолятор 7, с внутренней стороны которого размещена спираль 6, а с внешней — корпус 5. Токоподводы 8 и 9 на концах спирали 6 имеют участки контакта 10 и 11 с внутренней поверхностью электроизолятора 7.

На внутренней поверхности средней части электроизолятора 7 выполнена спиральная канавка 12, в которой размещена большая часть спирали 6, причем у обоих концов спирали 6 на длине не менее одного шага ее витка на внутренней поверхности электроизолятора 7 выполнены участки цилиндрической формы 13 и 14.

На чертеже показана конструкция катода, в котором корпус 5 нагревательного узла охватывает полностью внешнюю поверхность электроизолятора 7, причем корпус 5 снабжен на конце, обращенном к выходной части поджигного электрода 1, выступом 15, направленным в сторону торцевой части электроизолятора 7. Дополнительно к этому между выступом 15 и торцевой частью электроизолятора 7 может быть установлена пружина 16.

Подача плазмообразующего вещества (обычно рабочего газа Хе) в катод осуществляется со стороны входного конца эмиттера 2 в сторону выходного конца эмиттера 2 и держателя 3. При этом трубопровод 4 может стыковаться к держателю 3 таким образом, что он подает рабочий газ практически непосредственно на вход эмиттера 2. Для придания большей жесткости всей конструкции катода между внешней оболочкой 17 поджигного электрода 1 и втулкой 18 токоподвода 9 может быть установлен дополнительный изолятор 19.

Катод плазменного ускорителя работает следующим образом. На спираль 6 подается напряжение от источника питания накала катода (на чертеже источник питания накала не показан). После разогрева спирали 6 и достижения эмиттером 2 температуры, обеспечивающей термоэмиссию электронов, во внутреннюю полость держателя 3 подается рабочий газ в направлении, указанном стрелкой 17. От источника питания поджига катода (на чертеже источник питания поджига разряда не показан) подается напряжение на поджигной электрод 1, расположенный ниже по течению рабочего газа относительно эмиттера 2, а также подается напряжение разряда между катодом и плазменным ускорителем от источника питания разряда плазменного ускорителя (на чертеже ускоритель плазмы не показан). Между поджигным электродом 1 и эмиттером 2 возникает электрический разряд.

Образовавшаяся в результате этого разряда плазма инициирует зажигание основного разряда между эмиттером 2 катода и плазменного ускорителя. После зажигания основного разряда отключают источник питания накала катода и источник питания поджига разряда. Катод продолжает работать от источника питания разряда плазменного ускорителя.

При выполнении серии включений катода, особенно при выполнении большого числа включений, измеряемых десятками тысяч часов, осуществляется многократный разогрев эмиттера 2 катода до высокой температуры с последующим его охлаждением. Кроме того, при проведении комплекса испытаний катода, он подвергается механическим воздействиям различного вида (вибрационным, удару и т.п.). При использовании катода в составе плазменного ускорителя для космических летательных аппаратов (КЛА) катод испытывает механические воздействия на этапе выведения КЛА в космос.

В ФГУП «Центр Келдыша» был изготовлен экспериментальный образец катода с нагревательным узлом, в котором были выполнены основные признаки предлагаемого изобретения, в том числе электроизолятор со спиральной канавкой, в которой была размещена большая часть спирали, корпус, охватывающий полностью внешнюю поверхность электроизолятора с выступом и др. Этот образец был подвергнут механическим воздействиям (при уровне случайной вибрации до

25 g), а также продолжительным циклическим циклам нагрева с целью определения стойкости электроизолятора при воздействии на него высокой температуры. Испытания дали положительный результат, они подтвердили возможность создания рабочей конструкции катода при использовании основных признаков предлагаемого изобретения.

Таким образом, благодаря наличию выше представленных отличительных признаков предлагаемое техническое решение позволяет существенно увеличить механическую прочность катода, повысить надежность его работы, создать высоко работоспособную конструкцию катода для плазменных двигателей.

1. «Плазменный катод-компенсатор», патент РФ на изобретение № 2283203, МПК H01J 37/077, H05H 1/54, F03H 1/00, Опытное конструкторское бюро «Факел», заявка РФ № 2005100357/28, заявл. 11.01.05 г., опубл. 20.06.2006 г.

2. «Плазменный катод-компенсатор», патент РФ на изобретение № 2012946, МПК H01J 37/077, F03H 1/00, Опытное конструкторское бюро «Факел», заявка РФ № 4843045/25, заявл. 26.06.1990 г., опубл. 15.05.1994 г.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Катод плазменного ускорителя, содержащий поджигной электрод, эмиттер с держателем, трубопровод подачи к эмиттеру плазмообразующего вещества, нагревательный узел, включающий соосно установленные друг относительно друга корпус, спираль и электроизолятор, с внутренней стороны которого размещена спираль, а с внешней — корпус, токоподводы на концах спирали, имеющие участки контакта с внутренней поверхностью электроизолятора, отличающийся тем, что на внутренней поверхности средней части электроизолятора выполнена спиральная канавка, в которой размещена большая часть спирали, причем у обоих концов спирали на длине не менее одного шага ее витка на внутренней поверхности электроизолятора выполнены участки цилиндрической формы.

2. Катод по п.1, отличающийся тем, что корпус нагревательного узла охватывает полностью внешнюю поверхность электроизолятора и снабжен на конце, обращенном к выходной части поджигного электрода, выступом, направленным в сторону торцевой части электроизолятора.

3. Катод по п.1 или 2, отличающийся тем, что между выступом и торцевой частью электроизолятора установлена пружина.