Es ist bekannt, dass ein Bruch der thermodynamischen Parametern für die Erzeugung eines scharfen (explosiven) Gasimpulses erforderlich ist. Ein solcher Bruch entsteht beispielsweise bei einer chemischen Explosion, wenn die Temperatur und der Gasdruck sofort in einem begrenzten Raum ansteigen. Andererseits gibt es in einem geschlossenen Gefäß mit dem Druckgas auch eine Bruchfläche in Bezug auf die äußere Atmosphäre, und diese Oberfläche fällt mit der Schale des Gefäßes zusammen. Stellen wir uns vor, dass diese Wand auf einmal vollständig verschwindet. Solche Beispiele sind im Internet sehr stark verbreitet. Zum Beispiel, wenn eine Seifenblase platzt, fixiert die Geschwindigkeitskamera die Bildung des Impulses sogar bei einem sehr kleinen Druckunterschied.
Stellen Sie sich nun ein Gefäß mit einem zu hohen Druck komprimierten Gas vor (z. B. Dutzende von Atmosphären), dessen Wand plötzlich vollständig verschwindet. Das Gas fließt mit Überschallgeschwindigkeit in den umgebenden Raum. In diesem Fall wird die innere Energie des Gases mit einer maximal möglichen Effizienz in die kinetische Energie (den Impuls) umgewandelt. Wenn wir berücksichtigen, dass die potentielle Energie durch den Druck des komprimierten Gases und das Volumen des Gefäßes bestimmt wird, dann kann man bedeutende Impulse mit der endlichen Nutzwirkung der Energieumwandlung erzeugen, ohne irgendwelche pyrotechnischen Mittel zu verwenden. Es ist offensichtlich, dass man auf der Grundlage dieses Phänomens viele nützliche Produkte entwickeln kann.
Unsere Lösungen
Bisher gab es keine kommerziell anwendbaren Mittel zur momentanen Zerstörung der Schale eines solchen Gefäßes. Man kann erst daran erinnern, dass das praktische Werkzeug für diese Energieumwandlung des Druckgases seit Jahrzehnten zerstörbare Membranen in Stoßrohren waren, deren Hauptnachteile die Unmöglichkeit ihrer wiederholten Verwendung und Instabilität sind. Sie haben gute Dienste bei der Forschung von Hochgeschwindigkeitsgasströmen in den Universitätslaboratorien geleistet, haben aber die Schaffung von weit verbreiteten Marktprodukten nicht ermöglicht, da man nach jedem Zyklus brauchte, die zerstörte Membran zu ersetzen.
Wissenschaftliches Produktionsunternehmen ISTA hat als erstes die Serie der gesteuerten pneumatischen Hochgeschwindigkeitsventile KB-20, KB-40 und KB-80 entwickelt, die die Haupteigenschaften (Flächen und Öffnungszeiten) aufweisen, die den Membranen, die in den Stoßrohren zerstört werden, nicht nachstehen, sondern mehrere steuerbare Auslösungen garantieren. Es ist wichtig zu beachten, dass die Arbeitsproduktivität der Forscher auf dem Schockrohr, das mit einem solchen Ventil ausgestattet ist, um ein Vielfaches wächst.
Innerhalb von 25 Jahren hat es dem wirtschaftlichen Produktionsunternehmen ISTA gelungen, eine Reihe von Marktprodukten auf der Basis der oben erwähnten Ventile unter der allgemeinen Bezeichnung SVT-Technologie zu schaffen, die es ermöglichen, den gleichen Impuls wie in einer chemischen Explosion in vielen Produkten zu erzeugen. Die Bezeichnung stammt von der englischen Abkürzung von SV Technology (Speed Valve technology).
Die oben genannten Eigenschaften der KB-Ventile erlaubten es, folgende Produktlinien zu herstellen:
- Balglose Stoßrohre für die Forschung der Hochgeschwindigkeitsströmungen. Gewährleisten die Durchführung der Versuche mit hoher Leistung und Wiederholbarkeit.
- Pneumatische Wurfgeräte, insbesondere tragbare pneumatische Rettungsleinenwurfgeräte, die die Kommunikation während der Rettungseinsätze gewährleisten, und die bereits mehrmals die Leben der Menschen gerettet haben.
- Die Hochgeschwindigkeitspneumatik, die auf hohem Druck betrieben wird.
- Systeme des pneumatischen Zusammenbruchs von losen Materialien, die in den industriellen Objekten ihrer Lagerung und Transports Brücken bilden (Bunker, Silos, Bahnüberführungen, Bodentrichterwagen).
- Pneumatische Impulssysteme zur Intensivierung der Wärme- und Massenaustausches in Elementen der Industriekonstruktionen (Wärmeaustauscher, Filter, Zyklone).
- Effektive Sortiergeräte. Bieten hocheffiziente Sortierung und Ausscheiden der Materialien.
- Adaptive Gasgeneratoren für Airbags der Fahrzeuge (cool-smart-airbag). Diese Technologie ist durch die Patente der Russischen Föderation, der USA und Deutschlands geschützt.
Die Klappe „KB-28“ arbeitet mit der Frequenz von bis 200Hz
Im Bild links ist der Ansprechzeitverlauf der Klappe „KB-28“ mit einem elektromagnetischen Standardausloseventil (untere Kurve – ein elektrisches Signal auf der Spule, obere Kurve – das dem Druck im Ventilausgang proportionelle Signal) dargestellt.
Der Abfall der Impulsamplitude auf der oberen Kennlinie ist durch einen Druckabfall im Gasaufnehmer bedingt. Aus den Kennlinien 3 ist ersichtlich, das ein solches Ventil zum Beispiel einige vollstandigen Offnen/Schliesen-Zyklen im Prozess der Fullung eines Auto-Sicherheitsairbages sicherstellen kann, der eine Zeitperiode zwischen 30msek und 100msek betragt
Pneumatikkanone „ISTA-3“ – ein Generator von Hochleistungsdruckwellen
Auf der abbildung ist die Schema einer Anlage fur die Untersuchung der Druckwellenerzeugung in einem Rohr mittels einer Standardpneumatikkanone „ISTA-3“ mit einem Gasaufnehmer mit dem Inhalt von 5 Liter dargestellt, der unter dem Druck von 0.6MPa arbeitet. Der Druck wird mit der Hilfe von Piezogebern gemessen, die in einer verschiedenen Entfernung von der Pneumatikkanone angeordnet sind. Bei der Betatigung der Pneumatikkanone offnet sich die Klappe und das Druckgas stromt aus dem Gasaufnehmer ins Rohr.
Die Untersuchungsergebnisse der Druckwellenbildung sind auf der Abbildung dargestellt. Es ist ersichtlich, das der Druckwellenfront wahrend der Bewegung durch das Rohr scharfer wird (gelbe und blaue Kurven) und in der Rohrlange ungefahr 3 Meter eine Druckwelle (weise Kurve) bildet. Es ist bekannt, das sich die Druckwelle durch einen scharfen Sprung von thermodynamischen Parametern (darunter auch des Druckes) in einer Lange von einigen Angstromen kennzeichnet.