Содержание к диссертации
Введение
1. Физические основы, методы и технические средства предотвращения града 17
1.1. Физические основы предотвращения града 17
1.2. Методы противоградовой защиты 27
1.3. Концептуальные модели градовых облаков 33
1.4. Механизм образования града 39
1.5. Теоретические модели активного воздействия на градовые облака 44
1.6. Модели диффузии аэрозоля в облаках 48
1.7. Выводы 52
2. Исследование артиллерийского и ракетного засева градовых облаков 55
2.1. Факторы воздействия при артиллерийском и ракетном засеве 55
2.2. Диспергирование кристаллизующих реагентов в противоградовых изделиях 56
2.3. Конденсационный рост зародышевых капель 65
2.4. Формирование спектра кристаллизующих частиц 75
2.5. Формирование облака кристаллизующих частиц 86
2.6. Взаимодействие кристаллизующих частиц между собой и с облачными каплями 90
2.7. Кинетика формирования ледяных кристаллов 93
2.8. Модель взаимодействия ледяных кристаллов с облачной средой 96
2.9. Микрофизические эффекты ракетного засева
2.10. Сравнение микрофизических эффектов ракетного и артиллерийского засева 113
2.11. Исследование агрегации и обзернения кристаллов в объеме засева... 115
2.12. Выводы 129
3. Исследование диффузии искусственного аэрозоля в мощных конвективных облаках 131
3.1. Постановка задачи 131
3.2. Трех стадийная модель распространения аэрозоля 134
3.3. Численная реализация модели 140
3.4. Закономерности распространения аэрозоля в мощных конвективных облаках от линейного и точечного источников 142
3.5. Рекомендации по оптимизации засева градовых облаков 145
3.6. Выводы 148
4. Автоматизированная технология обнаружения и предотвращения града 149
4.1. Противоградовые операции и требования к их реализации 149
4.2. Методика экспериментальных исследований 151
4.3. Оптимизация радиолокационного обнаружения града 157
4.4. Критерии распознавания крупного града 167
4.5. Новые экономичные критерии засева объектов воздействия 170
4.6. Усовершенствованные схемы засева градовых облаков 175
4.7. Метод засева градоопасных и градовых облаков 179
4.8. Метод дозировки и реальный расход средств воздействия 185
4.9. Новые критерии оценки эффективности засева градовых облаков
4.10. Основные положения автоматизированной технологии ПГЗ 192
4.11. Выводы 195
5. Автоматизированная система управления 197
5.1. Назначение и возможности программно-технического комплекса «АСУ-МРЛ» 197
5.2. Состав и принцип действия аппаратуры «АСУ-МРЛ» 200
5.3. Программное обеспечение «АСУ-МРЛ» 203
5.4 Алгоритмы вторичной обработки информации 208
5.5. Выходные продукты «АСУ-МРЛ» 217
5.6. Методы градуировки и калибровки «АСУ-МРЛ» 222
5.7. Управление противоградовыми операциями 232
5.8. Подготовка и передачи информации в сеть штормоповещения 234
5.9. Выводы 236
6. Противоградовые ракеты и установки нового поколения 238
6.1. Средства засева градовых облаков 238
V 6.2. Противоградовые ракеты нового поколения 243
6.3. Автоматизированная ракетная пусковая установка «Элия-2» 245
6.4. Оценка эффективности противоградовых комплексов 258
6.5. Программно-технический комплекс сетью ракетных установок «АСУ-Элия» 260
6.6. Выводы 262
7. Программно-технический комплекс противоградовои защиты «АСУ-Град» 264
7.1. Состав программно-технического комплекса «АСУ-Град» 264
7.2. Система связи и управления «АСУ-Град» 267
7.3. Алгоритмы работы «АСУ-Град» 271
7.4. Результаты апробации ПТК «АСУ-Град» 272
7.5. Эффективность и перспективы развития технологии противоградовои защиты 273
7.6. Выводы 276
Заключение 277
Список литературы
- Теоретические модели активного воздействия на градовые облака
- Модель взаимодействия ледяных кристаллов с облачной средой
- Трех стадийная модель распространения аэрозоля
- Оптимизация радиолокационного обнаружения града
Теоретические модели активного воздействия на градовые облака
Энергетика атмосферных процессов вообще и градовых облаков в частности столь велика, что прямое энергетическое воздействие на них практически невозможно [22, 133]. Поэтому методы предотвращения неблагоприятных явлений погоды и града базируются на активном воздействии на уязвимое звено в механизме их формирования с тем, чтобы небольшое физическое, химическое или механическое воздействие могло бы изменить естественный ход физических процессов. Такими уязвимыми звеньями являются фазовая и коллоидальная неустойчивость облаков, а также конвективная неустойчивость атмосферы, обусловленные следующими физическими законами:
Упругость насыщения водяного пара при прочих равных условиях над водой больше, чем надо льдом. Поэтому в смешанных облаках имеет место пересыщение водяного пара относительно кристаллов. Это приводит к росту кристаллов и снижению упругости водяного пара. Образующийся дефицит упругости водяного пара приводит к испарению переохлажденных капель, находящихся в окружении кристаллов. Бержерон [163] в 1933 г. открыл, что в результате такой перегонки пара с капель на кристаллы количество облачных капель уменьшается, кристаллы растут, ускоряя процесс осадкообразования. Это обуславливает фазовую неустойчивость переохлажденных облаков и туманов. Шеффер [270] в 1946 г. показал, что введение в переохлажденное облако сухого льда (С02) приводит к быстрому замораживанию капель и образованию кристаллов льда за счет того, что при испарении сухого льда при температуре -78,5 С, происходит спонтанное замерзание облачных капель. Воннегут [283] в 1947 г. показал что такое же действие как и сухой лед, оказывает введение в переохлажденное облако частиц Agl, которые гораздо технологичнее применять на практике АВ на облака и туманы. А.2. Упругость насыщающего водяного пара над каплями растворов ниже, чем над каплями чистой воды (закон Рауля). Введение в облако гигроскопических частиц приводит к конденсации на них водяного пара, образованию капель раствора, которые растут за счет перегонки пара с чистых облачных капель. А.З. Упругость насыщающего водяного пара над крупными облачными каплями меньше, чем над мелкими. Поэтому крупные облачные капли растут, а мелкие испаряются. Б) Коллоидальная неустойчивость облаков и туманов: Перечисленные три физические эффекта приводят к появлению в мелкодисперсных облаках (туманах) крупных частиц, которые имеют гравитационную скорость падения значительно больше, чем мелкие облачные частицы. Крупные частицы падают быстрее, догоняют более мелкие и захватывают их. Такой режим коагуляциошюго роста частиц приводит к быстрому образованию и выпадению осадков, за счет реализации коллоидальной неустойчивости. В) Конвективная неустойчивость облаков: В конвективно-неустойчивой атмосфере при перемещении частицы воздуха вниз она будет в дальнейшем опускаться с ускорением, а при перемещении верх - подниматься с ускорением. Поэтому импульс восходящего потока, созданный в конвективном облаке, будет усиливаться и способствовать динамическому развитию облака, а импульс нисходящего потока, усиливаясь по мере опускания, будет способствовать динамическому разрушению облака. Г) Эти физические эффекты положены в основу большинства методов АВ на облака и туманы. В целях оптимального использования их для предотвращения града предложены следующие физические концепции: - полная кристаллизация переохлажденной части облака, исключающая коагуляционный рост града (Денис [63]); - теория конкуренции, предусматривающая увеличение концентрации зародышей града с целью замедления роста града за счет нехватки жидко-капелыюй влаги (Сулаквелидзе Г.К., 1963 [128-129]); - укрупнение капель с последующим их замораживанием с целью создания большой концентрации конкурирующих зародышей града (Бартишвили, Ломинадзе и др., 1964 [41-43]); - динамическое воздействие с целью подавления восходящего потока (Вульфсон и Левин, 1967 [54]); - понижение траектории градин с целью ухудшения условий их роста (Browning, Foote, 1977 [170, 171]); - ускорение осадкообразования в зоне формирования условий зарождения града, приводящее к вымыванию этой зоны и исключающее зарождение и рост града (Абшаев, 1966 [20]).
Полное замораживание переохлажденной части облака действительно может исключить коагуляционный рост града и обеспечить прерывание и предотвращение градообразования. Для этого требуется непрерывный пространственно-временной засев переохлажденной части градовых облаков. Однако это требует нереально большого расхода льдообразующих реагентов, особенно в случае суперячейковых ГП, в которых обширная струя восходящего потока непрерывно вносит в облако огромное количество влаги. В суперячейковое облако втекает около 3,6-10 г/с водяного пара (при скорости восходящих потоков в основании около 3 м/с, площади втока 100 км2 и абсолютной влажности приземного воздуха 12 г/м ). При конденсации большей части этого пара приток воды в облако сравним с количеством воды, протекающей в таких реках как Волга, Дунай. Количество облачных капель, конденсирующихся в таком облаке за 10 мин, составляет порядка 6-10 шт. Чтобы их -Чий заморозить, необходимо внести около 10 000 ракет типа «Алазань-б» даже при не реальном условии, что каждая кристаллизующая частица заморозит 1 облачную каплю.
Таким образом, предотвращение градообразования путем полной кристаллизации переохлажденной части облака практически не реализуемо из-за чрезмерно большой потребности в средствах воздействия.
Теория конкуренции предусматривает ограничение роста града за счет искусственного увеличения концентрации зародышей града в зоне зарождения и роста града в 10 - 10 раз [128, 129]. Предполагается, что конкуренция за ограниченную водность крупнокапельной фракции в «зоне аккумуляции» приведет к уменьшению размера градин в 10 и более раз.
Однако зондирование градовых облаков с помощью самолета-лаборатории Т-28, проведенное в разных регионах на разных уровнях высоты, в том числе в областях первого радиоэха, в зонах зарождения, роста и выпадения града [240, 241 и др.] показало отсутствие в них зон аккумуляции крупных переохлажденных капель. Очевидно, что зоны аккумуляции крупных капель за счет цепного процесса Ленгмюра могут формироваться в «теплых» облаках. В градовых облаках это исключается потому, что в них первое радиоэхо обычно зарождается в интервале температуры от -10 до -25 С, где большинство крупных капель замерзают и не могут участвовать в цепном процессе размножения.
Предположение об ограниченной водности зоны роста града, не приемлемо, так как восходящий поток непрерывно вносит капельную влагу в область роста града, но только часть этой влаги превращается в осадки. Поэтому увеличение концентрации зародышей града не может существенно замедлить рост града из-за нехватки жидкой воды, так как она в избытке вносится восходящими потоками. Это скорее приведет к увеличению массы образующегося града и повышению эффективности осадкообразования, достигающей в суперячеиковых градовых облаках всего 17-30 % [217, 236]. К тому же выводу пришли, анализируя физические основы этого метода Атлас [160, 161], Браунинг [169-171], Денис [63] и др.
По данным авиационных исследований [166, 275-277], естественная концентрация ледяной и снежной крупы в зонах зарождения и роста града составляет 10 - 10 м при общей массе около 1 г/м3. Это означает, что концентрация зародышей града в зоне роста всегда и без засева избыточна, однако это не предотвращает рост некоторой части зародышей до опасных размеров, так как рост града носит избирательный характер (Абшаев [20]), в результате чего менее 1% зародышей вырастают в градины.
Модель взаимодействия ледяных кристаллов с облачной средой
Многоячейковые процессы: Облачные системы многоячейковых ГП состоят из нескольких одновременно существующих КЯ, находящихся на разных стадиях развития, имеющих поперечные размеры порядка 20 - 90 км и высоты радиоэха от 10 до 14 км. В зависимости от пространственной структуры ветра в атмосфере могут реализоваться три различных по строению и динамике развития подтипа многоячейковых ГП: упорядоченные, неупорядоченные и слабо организованные [19,20,22, 151, 156].
Неупорядоченные многоячейковые ГП являются переходными между одноячейковыми и упорядоченными многоячейковыми процессами. Они развиваются в дни, когда направление и скорость ветра значительно изменяются с высотой.
Облачная система состоит из нескольких, а зачастую из множества слабо взаимодействующих между собой КЯ, находящихся на разных стадиях развития. КЯ в зависимости от своего местоположения могут иметь разное строение: находящиеся в центре облачной системы - осесимметричное, а на периферии облачной системы - несимметричное строение и навес радиоэха, указывающий на местоположение восходящего потока. КЯ могут возникать в любой части облачной системы и иметь различные направления и скорости перемещения. Град может выпадать пятнами из малоподвижных КЯ и полосами из несимметричных перемещающихся КЯ. Упорядоченные многоячейковые ГП имеют фронтальное происхождение и развиваются в дни, когда направление ветра в слое облакообразования почти не меняется, а его скорость растет с высотой. Сдвиг ветра обычно умеренный от 10"4 до 5-Ю"3 с . Наличие такого сдвига ветра обуславливает асимметричность КЯ, пространственное смещение области восходящих потоков и выпадающих осадков и более продолжительное существование КЯ.
Эти ГП представляют собой класс хорошо организованных по структуре и динамике развития ГП. Облачная система состоит из нескольких несимметричных взаимодействующих между собой КЯ (рисунок 1.8), смещающихся как единое целое вправо от направления ведущего потока под углом до 40, а КЯ - влево от облачной системы под углом до 30, но вправо от ведущего потока на угол, который тем больше, чем интенсивнее ГП. Облачная система обновляется за счет периодического развития новых КЯ на наветренном фланге (в Северном полушарии на правом, а в Южном полушарии на левом), и диссипации старых КЯ на подветренном фланге. Усиление очередной КЯ приводит к зарождению на ее правом фланге новой КЯ, которая, быстро развиваясь, своими осадками подавляет восходящий поток, питающий предыдущую (материнскую) КЯ, приводит к ее ослаблению и диссипации. Периодичность появления новых КЯ в условиях Северного Кавказа составляет от 10 до 30 мин.
Схема ячейковой структуры облачной системы упорядоченного многоячейкового ГП по Футу и Браунингу [217] а) и вертикальное сечение реального упорядоченного многоячейкового процесса на Северном Кавказе б). ІСЯ многоячейкового ГП имеют наклон в направлении перемещения или вправо от него в виде навеса мощного радиоэха, являющегося указателем области восходящих потоков, скорость которых может достигать 20 -f- 40 м/с. Градовый очаг располагается преимущественно на наветренной стороне КЯ, а область восходящего потока - впереди и правее градового очага.
Скорости перемещения облачной системы в 2 - 2,5 раза меньше скорости ведущего потока. Слабые КЯ обычно увлекаются ведущим потоком, а мощные градовые КЯ отстают от него в 1,5 — 2 раза.
Градобития при этих ГП могут наблюдаться из нескольких КЯ, каждая из которых дает полосу града от 3 до 10 км шириной и от 10 до 50 км длиной, поэтому градобития охватывают значительную площадь.
Процессы переходного типа относятся к классу хорошо организованных и имеют различные модификации, промежуточные между упорядоченными многоячейковыми и суперячейковьши. Эти ГП сопровождаются интенсивными градобитиями и имеют [19, 20, 22, 156] три подтипа:
Первый подтип ГП переходного типа на стадиях развития и диссипации обычно состоит из 2 или 3 КЯ и имеет особенности упорядоченного многоячейкового процесса, на втором этапе, на стадии максимального развития имеет особенности структуры и динамики развития суперячейки, а на третьем этапе суперячейка трансформируется в упорядоченный многоячейковый ГП.
Второй подтип ГП переходного типа состоит из нескольких периодически возникающих на правом фланге новых КЯ, но в отличие от упорядоченных многоячейковых ГП КЯ пространственно разнесены. Новые КЯ формируются на наветренном фланге, справа от предыдущей, на удалении от 20 до 40 км и с периодичностью от 40 до 60 мин.
Третий подтип ГП переходного типа на первом этапе имеет структуру и особенности суперячейки со значительным отклонением навеса радиоэха от направления перемещения. В дальнейшем КЯ разворачивается против часовой стрелки пока навес радиоэха не сместится на подветренный фланг, а на наветренном фланге формируется второй навес радиоэха. Через 10 -20 мин старый навес исчезает, новый увеличивается и также начинает разворачиваться на подветренную сторону. Подобные ротации зоны восходящих потоков с цикличностью около 90 мин отмечаются и в мощных многоячейковых ГП.
Суперлчейковые ГП обычно формируются при прохождении фронтов окклюзии по типу холодного в дни с умеренной и сильной конвективной неустойчивостью, ВЫСОКИМ влагосодержанием приземного слоя атмосферы. Ветер имеет одно направление в среднем и верхнем слое и разворот примерно на 90 в нижнем слое тропосферы. Такая структура ветра способствует пространственному разделению областей восходящих потоков и выпадающих осадков и длительному существованию суперячеек [19, 20, 22, 156, 175, 217]. Облачная система суперячеек состоит из одной сверхмощной КЯ, имеющей обычно эллиптическую форму, с горизонтальными размерами около 30 х 50 км и высотой 11-16 км. Характерной особенностью структуры радиоэха суперячеек является наличие обширного навеса протяженностью от 3 до 20 км (рисунок 1.9 и 1.11), который указывает на наличие струи мощного восходящего потока, скорость которого может достигать от 20 до 50 м/с.
Нижняя часть области восходящего потока выделяется в виде области «слабого радиоэха» (рисунок 1.9), ограниченного высокими градиентами отражаемости и крюком радиоэха в приземном слое. Градовый очаг смещен на наветренный фланг и располагается на стыке с зоной мощных восходящих потоков и частично накрывает ее.
Трех стадийная модель распространения аэрозоля
Выше было показано, что при переходе продуктов детонации ВВ в идеальный газ в нем почти мгновенно зарождается огромное количество зародышевых капель кристаллизующего реагента, имеющих молекулярные размеры, что приводит к резкому снижению степени пересыщения паров кристаллизующего реагента, содержащегося во взрывных газах. Дальнейшее расширение продуктов детонации сопровождается охлаждением взрывных газов и ростом зародышевых ядер кристаллизующего реагента до макроскопических величин за счет конденсации в пересыщенном паре, а затем - дальнейший их рост за счет механизма броуновской коагуляции.
Рассмотрим кинетику процесса конденсационного роста зародышевых капель в облаке взрывных газов (ОВГ) и проведем расчет их дальнейшего укрупнения по упрощенной схеме броуновской коагуляции в дисперсных системах, при которой в дисперсной среде в единице объема содержатся шарообразные частицы одинакового размера. 2.3.1. Рост частиц сверхкритических размеров
В процессе расширения и охлаждения взрывных газов, образованных в результате перехода продуктов детонации в идеальный газ, одновременно происходит зарождение новых капель в условиях непрерывно снижающейся степени пересыщения пара.
При расширении ОВГ температура среды также все время убывает, т.е. капли находятся в среде с переменной температурой. При этом время установления равновесного поля температур относительно окружающей среды составляет величину порядка г21%, где г - радиус капли; % о коэффициент температуропроводности конденсата. Положив для оценочных расчетов г = 10 м и х Ю" м2/с, получим, что г21х Ю"9 с, т.е. можно считать, что температура капель все время равна температуре расширяющихся взрывных газов.
Для полного расчета процесса конденсации необходимо выбрать закон роста капель. Этот выбор должен быть основан на сравнении порядков величин радиуса капель г и длины свободного пробега молекул пара Л. Если отношение Л/г » 1, то рост капель должен рассчитываться по теории свободно-молекулярного течения. Средняя длина пробега Л молекул пара во взрывных газах определяется формулой [126, 135]: Ua2Pv где к - постоянная Больцмана; а - радиус молекулы реагента; Pv - парциальное давление пара; Т - температура в ОВГ. Подставляя сюда для тротила значения Т- ТК= 1770 К, Pv = PVK «10
Па (таблица 2.3) и радиус молекулы реагента а = 1.18 А для Agl, получаем, что Л » 10" м; при г = 10 м отношение Л/г « 10 » 1.
Эти оценки подтверждают, что рост капель во взрывных газах должен рассчитываться по теории свободно-молекулярного течения.
Расчет скорости зарождения капель в общем случае представляет собой сложную задачу. Однако она может быть существенно упрощена, если исходить из реальных условий протекания процесса конденсации при расширении взрывных газов. При переходе продуктов детонации в идеальный газ разрушение состояния пересыщения протекает настолько интенсивно, что пик скорости образования ядер конденсации «/(/), как увидим ниже, располагается в очень узком временном интервале порядка 10"7 - 10"8с. Вне этого интервала количество вновь возникающих центров конденсации пренебрежимо мало по сравнению с первоначально возникшими. Таким образом, будем считать, что практически все жизнеспособные зародышевые капли зарождаются в момент превращения продуктов детонации в идеальный газ. При этом за время разрушения состояния пересыщения, которое длится примерно 10" с, можно пренебречь расширением продуктов детонации ВВ и полагать, что возникновение ядер конденсации в облаке взрывных газов происходит в фиксированном объеме и при постоянной температуре Тк (индекс «к» в дальнейшем обозначает значения величин в момент перехода продуктов детонации ВВ в идеальный газ).
При этих условиях для определения суммарного объема капель, образующихся к моменту времени /, воспользуемся приближенным методом, рассмотренном в [134], следуя которому будем предполагать, что каждая капля окружена воображаемым диффузионным слоем, где концентрация пара резко меняется от ее равновесного значения, совпадающего со значением концентрации непосредственно на поверхности капли, до значения концентрации на внешней поверхности «диффузионного» слоя, равной начальной концентрации пересыщенного пара. Тем самым мы как бы отделяем объем еще невозмущенного пара, который со временем 4 з уменьшается. Обозначив через со = — 7га объем одной молекулы пара, содержащегося во взрывных газах, закон роста капли можно записать в виде: (А d_ dt — 7ЇГ \ = 4лг coG 1-ехр RJK J где G - число молекул, попадающих на единицу поверхности капли в единицу времени; L удельная теплота испарения; Rv - газовая постоянная. Величина G определяется формулой [95]: ( (2пткТ)12 где Pv - парциальное давление пара; m - 3.92-10"25 кг - масса молекулы Agl. Учитывая, что ехр ад j «1, отсюда получаем d(A -nr (2.21) -Ажг coG. J dt Решение уравнения (2.21) имеет вид: г = со Gt + г , где г - радиус капли критического размера, сравнимый по величине с размерами молекул. Пренебрегая им, будем иметь: r = a)Gt, (2.22) т.е. г / тогда, как при диффузионном механизме роста капель г « М . К моменту времени / объем капли принимает значение:
Оптимизация радиолокационного обнаружения града
Эти результаты находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными [83, 111, 112]. Однако следует отметить, что рассмотренная выше коллоидная система весьма неоднородна по своей дисперсности. Размеры самых маленьких и самых больших частиц различаются в десятки раз, следовательно, для таких частиц произведение DyRij » 4A i; вероятность столкновения между самыми большими и самыми маленькими частицами существенно больше, чем между частицами с близкими размерами. Это приводит к тому, что маленькие частицы исчезают значительно быстрее, чем большие, и при этом структура коллоидной системы становится более однородной.
Действительно, экспериментальные исследования структуры коллоидных систем, образующихся при возгонке кристаллизующего реагента различными способами (раздел 2.3), свидетельствуют о том, что коллоидные системы, содержащие многочисленные частички кристаллизующего реагента, являются достаточно однородными по своей дисперсности и частички реагента не сильно отличаются по своей форме от сферы.
Возможными механизмами ускорения процесса коагуляции в дисперсных системах являются турбулентная коагуляция и коагуляция частиц в результате седиментации смеси. Однако при размерах коллоидных частиц порядка 0.01 - 0.1 мкм оба этих механизма коагуляции не играют заметной роли.
Таким образом, можно полагать, что кинетика коагуляции частиц кристаллизующего реагента в ОВГ хорошо описывается теорией Смолуховского, и полученные выше на ее основе результаты являются достаточно надежными.
В рамках сделанных выше предположений через время t 0,1 ев ОВГ формируется полидисперсная коллоидная система, в которой выход кристаллизующих частиц (при т 10 г) не зависит от массы реагента в артиллерийском снаряде, а зависит лишь от массы ВВ и температуры возгонки реагента. Чем больше ВВ содержится в снаряде, тем больше объем ОВГ и, соответственно, больше общее количество частиц.
Общая концентрация частиц реагента не зависит от массы заряда ВВ и реагента, а зависит лишь от температуры возгонки реагента. Чем выше температура, тем меньше общая концентрация частиц. Концентрация частиц реагента разного размера не зависит от массы реагента, но зависит от массы заряда ВВ и температуры возгонки. Чем больше ВВ содержится в снаряде, и чем ниже температура возгонки реагента, тем больше концентрация частиц разных размеров.
Размеры частиц увеличиваются с увеличением массы реагента, а также с увеличением температуры возгонки реагента, и уменьшаются с увеличением веса ВВ. Например, противоградовый снаряд «Эльбрус-4» калибра 100 мм, содержащий 82,5 г Agl в льдообразующем составе взрывного действия массой 1,61 кг, согласно проведенным расчетам, обеспечивает общий выход частиц реагента порядка 3-Ю15 с размером наибольших из них « 0,1 83 0,2 мкм. Снаряд китайского производства калибра 37 мм, содержащий 1 г Agl в виде брикета внутри ВВ массой 0,11 кг, обеспечивает общий выход частиц реагента порядка 2-Ю14 с размером наибольших из них 0,058 мкм.
Однако по экспериментальным данным Кима [83, 221], Кима и Шкодкина [84, 85], Плауде и Соловьева [111, 112], многие из этих частиц слишком мелкие и льдообразующую эффективность проявляют лишь при температуре t -6 С и высоком пересыщении водяного пара. Поэтому выход активных льдообразующих частиц с одного снаряда «Эльбрус-4» составляет 4-Ю1 1 [129], а для снаряда китайского производства 109 - 1010. Снаряд «Эльбрус-4» калибра 100 мм, имеющий массу заряда ВВ и реагента в 15 и 80 раз больше, обеспечивает выход активных льдообразующих частиц в 4104-4105 раз больше, чем снаряд калибра 37 мм.
Т.е. при артиллерийском засеве кристаллизующую активность в требуемом температурном интервале -(6 ч- 9) С проявляет лишь малая доля сформировавшихся частиц. Большинство частиц обладает кристаллизующей эффективностью при более низких температурах и не оказывает существенного влияния на ход микрофизических процессов в засеянных облаках. У снаряда «Эльбрус-4» в слое засева активными являются около 13 % всех образовавшихся частиц, а у снаряда китайского производства менее 0,005 %.
Для повышения выхода активных ЛОЯ целесообразно использовать артиллерийские снаряды достаточно большого калибра с большой массой ВВ и реагента. Таким образом, проблема повышения выхода кристаллизующих частиц сводится к выбору оптимальной массы заряда и реагента, которые способны создать частицы нужного размера, способные стать ядрами кристаллизации при заданной температуре.
Как известно, при взрывном дроблении твердых тел часть осколков, как правило, оказывается заряженными преимущественно одним знаком, а компенсирующий заряд противоположного знака остается в виде ионов в газе. Поэтому можно ожидать, что при диспергировании кристаллизующих реагентов различными способами отдельные частички реагента могут оказаться заряженными. К сожалению, мы не располагаем данными о зарядах частиц реагента, но если их значительная часть заряжена, то это может оказать существенное влияние на кинетику коагуляции в ОВГ.
Облако взрывных газов при температурах порядка 3000 К представляет собой слабо ионизированный газ, который можно представить как смесь электронов, однократно заряженных положительных ионов и нейтральных молекул. Присутствие многократно заряженных ионов при этом играет второстепенную роль. При этих условиях степень ионизации в таком газе, как известно, определяется уравнением Саха: 3/2 п+п_ (2лт_кТ (2.71) ехр f Е. "о где п+, /7_, п0 обозначают плотность числа положительных ионов, электронов и нейтральных молекул соответственно, причем п+ « «_ (газ в целом приближенно можно считать нейтральным), w_ = 9.109-10"28 г » 10"27 г - масса электрона, h = 6.6256-10 27 эрг-с - постоянная Планка; к- постоянная Больцмана; , - энергия ионизации молекул. При п+ п-иТ- 3000
