УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБРОСА ПОЛЕЗНОЙ НАГРУЗКИ С ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Изобретение относится к оборудованию летательных аппаратов для сбрасывания, катапультирования и отцепления предметов в полете.

Известно устройство для сброса полезной нагрузки с летательного аппарата, патент РФ №2160215, содержащее самолет-носитель, ракету-носитель и полезную нагрузку; ракета-носитель имеет жидкостные ракетные двигательные установки и размещена в продольном транспортно-пусковом контейнере при помощи установочных элементов (направляющих), расположенных, по крайней мере, в двух поясах, причем продольный транспортно-пусковой контейнер имеет теплоизоляцию и установлен внутри вдоль фюзеляжа самолета-носителя, между глухим передним торцем транспортно-пускового контейнера и торцем ракеты-носителя образована герметичная пневматическая камера, в которой расположены бортовые элементы устройств заправки ракеты-носителя топливом и рабочими телами, элементы устройства дренажа, элементы устройства подпитки жидкостных ракетных двигательных установок топливом, причем все упомянутые устройства, электрические связи и бортовые элементы подсоединены к торцу ракеты-носителя с помощью разъемных соединений, при этом транспортно-пусковой контейнер снабжен устройством пневматического десантирования ракеты-носителя, выполненного в виде источника высокого давления, соединенного посредством запорной арматуры с указанной пневматической камерой и расположенного в транспортно-пусковом контейнере, а свободный торец указанного контейнера герметично соединен с периметром отверстия в фюзеляже для выхода ракеты-носителя из самолета-носителя. Для срабатывания известного устройства система управления сбросом сообщена линией электрической связи с запорной арматурой (пусковым устройством, снабженным электроуправляемым приводом).

Существенными признаками предлагаемого устройства, совпадающими с признаками прототипа, являются следующие: устройство для сброса полезной нагрузки с летательного аппарата, включающее продольный транспортно-пусковой контейнер, расположенный и закрепленный на элементах конструкции летательного аппарата вдоль его фюзеляжа, и снабженный окном со стороны заднего торца для прохода полезной нагрузки, полезную нагрузку, размещенную в полости транспортно-пускового контейнера на, по крайней мере, двух направляющих с образованием пневмокамеры в передней части его полости и прикрепленную к нему устройством крепления, выполненным с возможностью расфиксации крепления, а также включающее источник газа высокого давления с пусковым устройством, снабженным электроуправляемым приводом, и систему управления сбросом, сообщенную линией электрической связи с приводом пускового устройства, при этом источник газа высокого давления с пусковым устройством сообщены с пневмокамерой линией подачи газа.

При сбросе полезной нагрузки известным устройством, по мере ее разгона по направляющим пропорционально увеличению скорости увеличивается надуваемый газом объем пневмокамеры, что приводит к падению давления в ней, соответственно, и уменьшению силы выталкивания и ускорения полезной нагрузки, ограничивает возможности по дальнейшему уменьшению времени сброса груза для уменьшения аэродинамических нагрузок на летательный аппарат при сбросе, что особенно существенно при трансзвуковых и сверхзвуковых скоростях полета. Время сброса можно уменьшить путем увеличения начального давления в пневмокамере контейнера, по принципу работы огнестрельного оружия, но это сопряжено с увеличением массы контейнера и большой перегрузкой, действующей на груз при сбросе, что неприемлемо для скоростных летательных аппаратов и большинства сбрасываемых грузов. Время сброса груза можно уменьшить за счет использования регулятора давления в пневмокамере, однако кратковременность процесса сброса и большой диапазон изменения расхода газа в процессе сброса приведут к большой погрешности поддержания давления. Кроме того, регулятор давления является сложным агрегатом, что значительно уменьшает надежность работы устройства сброса груза.

Техническим результатом, на решение которого направлено изобретение, является уменьшение времени сброса полезной нагрузки без увеличения массы контейнера и максимального значения продольной перегрузки, с высокой надежностью работы устройства.

Для решения поставленной задачи устройство для сброса полезной нагрузки с летательного аппарата, включающее продольный транспортно-пусковой контейнер, расположенный и закрепленный на элементах конструкции летательного аппарата вдоль его фюзеляжа, и снабженный окном со стороны заднего торца для прохода полезной нагрузки, полезную нагрузку, размещенную в полости транспортно-пускового контейнера на, по крайней мере, двух направляющих с образованием пневмокамеры в передней части его полости и прикрепленную к нему устройством крепления, выполненным с возможностью расфиксации крепления, а также включающее источник газа высокого давления с пусковым устройством, снабженным электроуправляемым приводом, и систему управления сбросом, сообщенную линией электрической связи с приводом пускового устройства, при этом источник газа высокого давления с пусковым устройством сообщены с пневмокамерой линией подачи газа, снабжено, по крайней мере, одним сигнализатором частичного выхода полезной нагрузки и, по крайней мере, одним источником высокотемпературной струи газа с пусковым устройством, снабженным электроуправляемым приводом, сообщенным линией электрической связи с системой управления сбросом, которая дополнительно сообщена линией электрической связи с сигнализатором частичного выхода полезной нагрузки, при этом источник высокотемпературной струи газа с пусковым устройством сообщены с пневмокамерой дополнительной линией подачи газа.

Отличительным признаком устройства для сброса полезной нагрузки с летательного аппарата является то, что оно снабжено, по крайней мере, одним сигнализатором частичного выхода полезной нагрузки и, по крайней мере, одним источником высокотемпературной струи газа с пусковым устройством, снабженным электроуправляемым приводом, сообщенным линией электрической связи с системой управления сбросом, которая дополнительно сообщена линией электрической связи с сигнализатором частичного выхода полезной нагрузки, при этом источник высокотемпературной струи газа с пусковым устройством сообщены с пневмокамерой дополнительной линией подачи газа.

Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными, указанными в ограничительной части формулы, уменьшается время сброса полезной нагрузки без увеличения массы контейнера и продольной перегрузки на полезную нагрузку, с высокой надежностью работы устройства, при незначительном увеличении общей массы устройства для сброса полезной нагрузки с летательного аппарата. Уменьшаются аэродинамические нагрузки на летательный аппарат в процессе сброса. Уменьшается скорость полезной нагрузки относительно поверхности Земли, что улучшает условия работы следующих ступеней торможения полезной нагрузки (тормозных щитков, парашютов), при необходимости приземления или приводнения полезной нагрузки.

Предложенное техническое решение может найти применение в различных отраслях народного хозяйства, для оперативной доставки беспилотных летательных аппаратов и других полезных грузов в труднодоступные места, при проведении поисковых или исследовательских операций.

Изобретение поясняется чертежом.

Представленное на чертеже устройство для сброса полезной нагрузки с летательного аппарата включает продольный транспортно-пусковой контейнер 1, расположенный и закрепленный на элементах конструкции летательного аппарата вдоль его фюзеляжа 2 узлами крепления 3 и снабженный окном 4 со стороны заднего торца для прохода полезной нагрузки, полезную нагрузку 5, размещенную в полости транспортно-пускового контейнера 1 на, по крайней мере, двух направляющих 6 с образованием пневмокамеры 7 в передней части его полости и прикрепленную к нему устройством 8 крепления, выполненным с возможностью расфиксации крепления, а также включает источник 9 газа высокого давления с пусковым устройством 10, снабженным электроуправляемым приводом 11, и систему 12 управления сбросом, сообщенную линией 13 электрической связи с электроуправляемым приводом 11 пускового устройства 10, при этом источник 9 газа высокого давления с пусковым устройством 10 сообщены с пневмокамерой 7 линией 14 подачи газа. Устройство для сброса полезной нагрузки с летательного аппарата снабжено, по крайней мере, одним сигнализатором 15 частичного выхода полезной нагрузки 5, и по крайней мере, одним источником 16 высокотемпературной струи газа с пусковым устройством 17, снабженным электроуправляемым приводом 18, сообщенным линией электрической связи 19 с системой 12 управления сбросом, которая дополнительно сообщена линией 20 электрической связи с сигнализатором 15 частичного выхода полезной нагрузки 5, при этом источник 16 газа высокотемпературной струи с пусковым устройством 17 сообщены с пневмокамерой 7 дополнительной линией 21 подачи газа. В качестве источника 9 газа высокого давления могут быть использованы баллоны сжатого газа, жидкостный или твердотопливный газогенераторы наддува пневмокамеры 7. В качестве сигнализатора 15 частичного выхода полезной нагрузки 5 могут быть использованы сигнализатор снижения давления в пневмокамере 7 или концевой выключатель.

Представленное на чертеже устройство работает следующим образом. Полезная нагрузка 5 устанавливается в транспортно-пусковой контейнер 1 на, по крайней мере, двух направляющих 6 и прикрепляется к контейнеру 1 устройством 8 крепления, выполненным с возможностью расфиксации крепления. Благодаря креплению контейнера 1 к фюзеляжу 2 узлами крепления 3, летательный аппарат (на чертеже не показан) доставляет полезную нагрузку 5 к точке сброса. Для осуществления сброса полезной нагрузки 5, из системы 12 управления сбросом по линии 13 электрической связи подается электропитание в привод 11 пускового устройства 10, которое срабатывает, обеспечивая подачу струи газа из источника 9 высокого давления по линии 14 в пневмокамеру 7 в передней части контейнера 1, обеспечивая увеличение давления в пневмокамере 7. После наддува пневмокамеры до определенного значения P по соотношению P<M·n·g/S, где М - масса полезной нагрузки, n - максимально-допустимая перегрузка на полезную нагрузку в направлении сброса, g - гравитационное ускорение, S - площадь поперечного сечения полезной нагрузки, обеспечивается расфиксация устройства 8 крепления, которое для этого, например, может содержать срезной элемент (на чертеже не показан), и начинается ускоренное движение полезной нагрузки 5 по направляющим 6 транспортно-пускового контейнера 1 в противоположном полету ЛА направлении под действием силы выталкивания F_выт.=(P-P_Д)·S, где Р_Д - давление воздуха в районе окна 4 контейнера 1. Ограничение расхода газа для не превышения в полости 7 определенного значения давления P обеспечивается подбором проходного сечения линии 14 подачи газа. После частичного выхода полезной нагрузки 5 из контейнера 1 и резкого уменьшения давления P в полости 7, вследствие увеличения ее объема при ускорении полезной нагрузки 5, сигнализатор 15 по линии 20 электрической связи выдает сигнал в систему 12 управления сбросом, которая по линии 19 подает электропитание в привод 18, задействующий второе пусковое устройство 17, и расход высокотемпературной струи газа из источника 16 по линии 21 поступает в пневмокамеру 7, предотвращая резкое уменьшение в ней давления. Высокотемпературная струя газа, поступившая в пневмокамеру 7 из источника 16, смешиваясь с поступившим в нее газом из источника 9, обеспечивает увеличение температуры и конечного давления смеси газов в пневмокамере 7 полезной нагрузки 5. Соответственно, увеличивается и среднее давление в пневмокамере 7 и среднее ускорение полезной нагрузки 5 при сбросе, при незначительном увеличении общей массы устройства для сброса полезной нагрузки. Например, при массе M₁ источника 9 газа высокого давления и конечной температуре 100°C газа в полости 7, для ее увеличения до 200°C, потребная масса М₂ источника 16, при температуре 1000°C высокотемпературной струи в линии 21 подачи газа, составит 0,1 M₁ (обратно пропорционально температуре газа), при этом среднее давление и среднее ускорение при сбросе полезной нагрузки увеличится в два раза, а время сброса, согласно второму закону Ньютона, уменьшится в четыре раза. Благодаря уменьшению времени сброса полезной нагрузки 5 и тому, что высокотемпературная струя газа поступает в полость 7 из источника 16 после срабатывания сигнализатора 15 частичного выхода полезной нагрузки 5, когда она разогналась в контейнере 1 по направляющим 6 и приобрела промежуточную скорость сброса, высокотемпературная струя смешивается с относительно "холодным" газом, поступившим предварительно в полость 7 из источника 9 газа высокого давления, поэтому существенного нагрева поверхности полезной нагрузки 5 и внутренних поверхностей контейнера 1 не происходит. Ограничение расхода газа для не превышения в пневмокамере 7 определенного значения давления P обеспечивается подбором проходных сечений линий 14 и 21 и выбором рабочих давлений источника 9 газа высокого давления и источника 16 высокотемпературной струи газа. Благодаря уменьшению времени выброса полезной нагрузки 5, реализуемому устройством для сброса, перетекание газа из пневмокамеры 7 через зазоры между полезной нагрузкой 5 и направляющими 6 можно пренебречь.