Результат интеллектуальной деятельности: ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАБРОСА ТУШЕК ПТИЦ И ДРУГИХ ПРЕДМЕТОВ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Изобретение относится к области авиастроения и безопасности полетов и может быть использовано для исследования процессов ударного взаимодействия элементов конструкции вертолета и самолета, а также имитировать попадание на вход газотурбинного двигателя птиц, града, других посторонних предметов при взлете или посадке.

Для моделирования удара в условиях полета и придания имитатору птицы или предмета заданной скорости используются различные способы испытаний и устройства для их реализации.

Известен способ испытаний летательных аппаратов на птицестойкость, заключающийся в разгоне объекта испытаний до необходимой скорости и ударе его о неподвижный имитатор. Скоростной диапазон испытаний составляет 40-500 м/с, масса тушки птицы, используемой в качестве имитатора, - 0,1-3,6 кг, масса объекта испытаний - до 5000 кг (http://www.fkpgknipas.ru/nip/index.php/ru/stendy-2/ptitsestojkost-2; http://www.fkpgknipas.ru/nip/index.php/ru/video-2).

Недостаток указанного технического решения заключается в существенной энергозатратности способа, поскольку требуется разгонять, а затем затормаживать элементы летательных аппаратов весом до 5 тонн.

Известны устройства в виде пневматической пушки, предназначенные для заброса тушек птиц средней и большой массы на вход в газотурбинный двигатель (Павлов Ю.И., Шайн Ю.Я., Абрамов Б.И. «Проектирование испытательных стендов для авиационных двигателей». М.: Машиностроение, 1998, стр. 69-71, рис. 4.5). Устройства различаются по назначению на многоствольные для имитации попадания стаи мелких птиц массой до 150 грамм и одноствольные для заброса птиц массой до 2 килограмм. Пушка содержит ресивер сжатого воздуха, быстродействующий шаровой клапан, сменные стволы, полый поршень, упор для остановки поршня. Такие устройства позволяют забрасывать тушку птицы массой до 2 кг со скоростью до 100 м/с.

Основным недостатком известного устройства является ограниченная скорость выстрела.

Известно устройство в виде пневматической пушки, предназначенное для испытания на удар конструкций летательных аппаратов тушками птиц массой до 3,6 кг. Устройство состоит из гладкого ствола, который направляет упакованную в обойме тушку птицы в направлении испытуемого изделия. Разгон имитатора осуществляется путем расширения воздуха в стволе. Воздух подается из резервуара сжатого газа. В конце ствола установлен съемник обоймы, предназначенный для остановки или отклонения гильзы, чтобы обеспечить удар об испытуемое изделие только упакованной птицей. Устройство также содержит механизм расцепления, включающий в себя пусковой соленоид, прорывную диафрагму и нож. После включения цикла выстрела механизм расцепления с помощью ножа прорывает диафрагму и дает возможность сжатому газу из резервуара быстро затечь в ствол и вытолкнуть снаряд (обойму с упакованной тушкой птицы). Длина ствола таких устройств составляет от 9 до 18 метров. Объем расходного резервуара не менее 0,850 м³. Допускаемое рабочее давление сжатого газа до 1,7 МПа. Такие устройства позволяют выталкивать тушку птицы массой до 3,6 кг со скоростью до 330 м/с (ASTM, «Стандартный метод испытания стекол кабины самолета на удар тушками птиц», F330-89 (повторно утверждено 2004 г.), стр. 2-4).

Недостатком известного технического решения, использующего в качестве спускового механизма прорывную диафрагму, является большая длина ствола, одноразовый съемник обоймы, одноразовые прорывные диафрагмы, что требует значительного времени на подготовку к выстрелу.

Известно устройство (патент РФ №2452931) для заброса птиц и других посторонних предметов при испытаниях летательных аппаратов, выбранное в качестве ближайшего аналога, содержащее ствол, ресивер с предохранительным клапаном, затвор, снаряженную гильзу, лафет, блок управления и рампу баллонного сжатого газа, причем затвор расположен со стороны казенной части ствола, содержит встроенный быстродействующий клапан в виде поршня с центральным отверстием, при этом корпус затвора снабжен пневматическим бесконтактным спусковым механизмом и предохранителем выстрела с механизмом закрытия ресивера до и после выстрела, а во внутренней части поршня установлен вкладыш, передняя часть которого оборудована направляющими аппаратами рабочего воздуха, поступающего в ствол при выстреле, задняя часть вкладыша оборудована катушкой, через центральное отверстие которой проходит гибкая тяга, один конец которой закреплен на гильзе, а другой на катушке, причем ствол расположен внутри ресивера. Направляющие аппараты рабочего воздуха образуют два канала, выполненных из сферических сегментов, один из которых закреплен на торце ресивера, а другой на вкладыше с помощью ребер. Наружная поверхность поршня клапана выполнена ступенчатой формы, а в середине наружной поверхности поршня выполнена коническая поверхность фиксации поршня предохранителем в закрытом положении до и после выстрела. Ствол и ресивер снабжены на конце окнами сброса рабочего воздуха после выстрела. Гильза выполнена в виде тонкостенной оболочки со сферическим дном, снаружи которого расположено ухо для крепления гибкой связи, а внутри ложементами из вспененного пенопласта. Ресивер снабжен фланцами для крепления затвора, ловителя гильзы и лафета. Предохранитель с механизмом закрытия ресивера содержит корпус с отверстиями для толкателя, фиксатора, корпуса концевого выключателя.

Устройство позволяет выталкивать тушку птицы массой до 3,6 кг со скоростью до 420 м/с (данные подтверждены экспериментом).

Недостатком известного технического решения является то, что в связи с особенностями конструкции быстродействующего клапана невозможна стабильная стрельба на скоростях менее 80 м/с, необходим одноразовый контейнер, предназначенный для уплотнения и предохранения от разрушения имитатора при разгоне в стволе. Кроме того, при использовании данного устройства наблюдается негативное влияние выброса рабочего воздуха после выхода снаряда из ствола на систему измерения скорости и механические узлы объекта испытания. Чтобы устранить указанные последствия, необходимо увеличивать расстояние до объекта испытания, что ведет к снижению кучности стрельбы, параметры которой заданы в сертификационных правилах на проведение испытаний.

Задачей изобретения является создание устройства, позволяющего обеспечить стабильную стрельбу на скоростях от 10 до 280 м/с без использования одноразового контейнера для размещения имитатора.

Технический результат заключается в обеспечении кучности стрельбы и стабильной скорости заброса различных объектов, имитирующих град или стаю мелких птиц массой от 50 грамм до птицы массой 3,6 кг в диапазоне скоростей от 10 до 280 м/с, исключении влияния выброса рабочего воздуха на систему измерения скорости вылета имитатора и механические узлы объекта испытания.

Поставленная задача решается тем, что устройство для заброса тушек птиц и других предметов при испытаниях летательных аппаратов, содержащее источник текучей среды под давлением, установленный на основании направляющий элемент, гильзу для имитатора, выполненную с возможностью размещения в направляющем элементе, пневматический бесконтактный спусковой механизм и тормозной инерционный узел, размещенный на направляющем элементе, согласно изобретению снабжено исполнительным пневмогидравлическим механизмом с выходным насадком, причем пневмогидравлический механизм связан с источником текучей среды и пневматическим бесконтактным спусковым механизмом для обеспечения подачи текучей среды посредством выходного насадка в направляющий элемент для разгона гильзы, которая выполнена в виде каретки с полостью с возможностью размещения в последней имитатора, направляющий элемент выполнен с направляющими пазами для каретки и снабжен баком для приема текучей среды, а бесконтактный спусковой механизм пневматически связан с исполнительным пневмогидравлическим механизмом.

В частных случая выполнения устройство может быть снабжено системой прицеливания, а основание может быть выполнено в виде опорной и переходной плит, соединенных между собой регулировочными винтами, обеспечивающими относительное перемещение плит. Причем регулировочные винты, соединяющие опорную и переходную плиты, выполнены в виде регулировочных элементов системы прицеливания.

Кроме того, исполнительный пневмогидравлический механизм может быть выполнен в виде пневмогидроцилиндра с двумя пневматическими полостями, связанными с источником сжатого воздуха, причем крайняя пневматическая полость (A) связана с бесконтактным спусковым механизмом, и одной гидравлической полостью (B), причем гидравлическая полость выполнена смежной с выходным насадком и ограничена со стороны насадка прорывной диафрагмой, а с противоположной стороны двухсторонним поршнем со штоком, при этом шток направлен в сторону, противоположную насадку, и снабжен дополнительным задним поршнем, размещенным в крайней пневматической полости (A), мерной линейкой и опорным регулировочным винтом для обеспечения дозирования текучей среды путем регулирования хода поршня. При этом полость каретки может быть выполнена в виде контейнера для размещения тушки птицы массой 3,6 кг. Также полость каретки может быть выполнена с возможностью размещения сменного контейнера для заброса имитатора стаи птиц, тушки птицы средней, льда или других предметов.

В других частных случаях выполнения устройство может быть снабжено инерционным тормозным устройством, выполненным в виде колец и амортизатора, размещенными на направляющем элементе; бак для приема текучей среды может быть выполнен в виде опоры для направляющего элемента; в качестве текучей среды может быть использована вода или масло.

Изобретение поясняется подробным описанием примера конкретной реализации со ссылкой на чертежи, на которых:

на фиг. 1 изображено устройство, размещенное на опорной плите;

на фиг. 2 - исполнительный пневмогидравлический механизм;

на фиг. 3 - пневматический бесконтактный спусковой механизм;

на фиг. 4 - разгонная каретка с устройством поворота струи воды и блоком укладки заряда-имитатора птицы массой 3,6 кг;

на фиг. 5 - разгонная каретка с устройством поворота струи воды и сменным блоком укладки заряда-имитатора стаи мелких птиц.

Пневмогидравлическое устройство для заброса тушек птиц и других посторонних предметов содержит основание в виде опорной плиты 1, переходной плиты 2 с регулировочными винтами 3, выполняющими роль элементов системы прицеливания, исполнительный пневмогидравлический механизм 4, пневматический бесконтактный спусковой механизм 5, выходной насадок 6 механизма 4, разгонную каретку 7, направляющий элемент, выполненный в виде защитного корпуса 8 с направляющими пазами, тормозной инерционный узел с кольцами 9 торможения, бак для приема текучей среды, выполненный, в данном случае, в виде сливного бака 10 для приема воды.

Опорная плита 1 предназначена для крепления устройства на раме стенда и крепления регулировочных винтов 3 системы прицеливания. Переходная плита 2 крепится к опорной плите 1 на четырех регулировочных винтах 3, позволяющих обеспечить три степени свободы системы прицеливания. К переходной плите 2 при помощи кронштейна прикреплен исполнительный пневмогидравлический механизм 4.

Исполнительный пневмогидравлический механизм 4, выполненный в виде пневмогидроцилиндра (фиг. 2), предназначен для обеспечения подачи необходимого рабочего давления и расхода воды при забросе заряда согласно программе испытаний. Механизм 4 состоит из заднего упора 11, мерной линейки 12, упорного винта 13, гайки 14, заднего поршня 15, штока 16, перегородки 17, закрепленной в корпусе механизма штифтами 19. Для присоединения спускового механизма 5 корпус механизма 4 снабжен штуцерами 18. Механизм 4 имеет также рабочий цилиндр 20. Выходной насадок 6 механизма 4 выполнен в виде переходника 21 и профилированного сопла 24, прикрепленного к переходнику 21 гайкой 23. Между переходником 21 и соплом 24 размещена прорывная фторопластовая диафрагма 22. Механизм 4 имеет три полости: А, Б и В, и снабжен штуцерами 25 наполнения и слива воды полости В, штуцерами 26 подачи и сброса рабочего давления полости Б и штуцерами 27 подачи давления в полость А.

Пневматический спусковой механизм 5 принудительного действия (см. фиг. 3) предназначен для сброса воздуха из полости A механизма 4, т.е. является бесконтактным спусковым механизмом. Механизм 5 состоит из корпуса 28, в котором выполнены отверстия O1 для сброса воздуха из затвора, отверстия O2 подачи технологического воздуха для принудительного открытия клапана, посадочного отверстия для установки клапана 29. Клапан 29 имеет канавку под уплотнительное кольцо 30 из фторопласта. Клапан 29 нагружен усилием пружины 31 сжатия для герметизации полости Г. Регулировочный винт 32 предназначен для настройки расчетного давления в полости А пневмогидравлического механизма 4, а суфлер 33 с отверстиями - для сброса технологического воздуха из полости затвора спускового механизма 5.

Насадок 6 с профилированным соплом 24 предназначен для создания направленной струи воды с расчетной скоростью истечения.

Разгонная каретка 7 (фиг. 1, фиг. 4, фиг. 5) предназначена для укладки и разгона заряда-имитатора. Разгонная каретка 7 состоит из приемного устройства 34 струи воды, выполненного в виде половины полого тора и имеющего вверху отверстия для приема воды, а снизу обрезанный под углом торец для слива в бак 10, наружного цилиндрического силового корпуса 35, выполненного из высокопрочной стали, подшипниковых опор 36, внутреннего постоянного контейнера 37 для заброса птицы массой 3,6 кг, упорной гайки 38 фиксации сменного контейнера 41 для заброса стаи мелких птиц, птицы средней, льда или других посторонних предметов, направляющих упоров 39, задней заглушки 40.

Тормозной инерционный узел предназначен для остановки разгонной каретки 7. Тормозной инерционный узел содержит набор колец 9 торможения расчетной массы, размещенных на выходной части защитного корпуса 8 с определенным интервалом. При столкновении разгонной каретки 7 с первым (по ходу движения каретки 7) кольцом заряд отделяется, а каретка 7 теряет скорость при контролируемом усилии на силовые узлы ее корпуса. При столкновении разгонной каретки 7 с последующими кольцами 9 торможения, вследствие накопления суммарной массы колец 9, происходит постепенное снижение скорости движения каретки 7. Количество и масса колец 9 тормозного узла рассчитываются в зависимости от массы и скорости разгонной каретки 7.

Ограничивает общий ход колец 9 торможения упор (на фиг. 1 не обозначен), расположенный на конце направляющего защитного корпуса 8.

Упор оборудован резиновым буфером, демпфирующим силу удара колец 9 торможения.

Устройство для заброса работает следующим образом.

Подготовленный заряд закладывается в контейнер разгонной каретки 7. В зависимости от вида заряда используется постоянный контейнер 37 или сменный контейнер 41. Разгонная каретка 7 с имитатором вкладывается в защитный корпус 8 с направляющими пазами и продвигается до упора в сторону насадка 6. Упорным винтом 13 по мерной линейке 12 выставляется расчетное количество воды для данного вида испытаний. В полость А механизма 5 (см. фиг. 2) подается сжатый осушенный воздух с давлением на 1 МПа больше давления рабочего воздуха, подаваемого в полость Б. Поршень 16 под действием давления воздуха перемещается в крайнее левое положение до упора в винт 13. В разъем между профилированным соплом 24 и переходником 21 устанавливается прорывная фторопластовая диафрагма 22. Соединение фиксируется гайкой 23. В полость В заливается вода определенной массы. В полость Б подается воздух с расчетным давлением. Полость В герметизируется с помощью запорной арматуры. Устройство готово к забросу.

Включается световая и звуковая предупредительная сигнализация, включаются приборы замера скорости.

Оператор нажатием кнопки подает технологический воздух на открытие спускового механизма спуска 5, воздух через суфлер 33 стравливается из полости А механизма 5 и под действием давления в полости Б поршень 16 выталкивает воду из полости В, которая, прорывая диафрагму 22, устремляется в полость выходного насадка 6.

Полученная струя воды через профилированное сопло 24 попадает в приемное устройство 34 разгонной каретки 7. Через входное отверстие приемного устройства 34 вода попадает внутрь полого тора и затем через нижний срез вытекает в бак 10. Кинетическая энергия воды преобразуется в импульс движения, и каретка 7 с зарядом-имитатором разгоняется до расчетной скорости.

После удара направляющего упора 39 разгонной каретки 7 о первое по ходу движения кольцо 9 тормозного узла заряд отделяется и продолжает движение до объекта испытания, а разгонная каретка 7 останавливается с помощью колец 9 торможения.

Направление заброса имитатора и траектория его движения настраиваются с использованием регулировочных винтов 3 системы прицеливания. Четыре регулировочных винта 3 обеспечивают три степени свободы и позволяют перемещать центральную (прицельную) ось защитного корпуса 8, прикрепленного к переходной плите 2 в требуемом направлении.

Предлагаемое пневмогидравлическое устройство обеспечивает повышение кучности стрельбы и стабильной скорости заброса различных объектов, имитирующих град или стаю мелких птиц массой от 50 грамм до птицы массой 3,6 кг, в диапазоне скоростей от 10 до 280 м/с. Использование воды или другой жидкости для разгона каретки исключает выброс рабочего воздуха на систему измерения скорости вылета имитатора и механические узлы объекта испытания.