Результат интеллектуальной деятельности: Спасаемый накопитель информации

Изобретение относится к области морской техники, а именно к оборудованию подводных движущихся объектов (аппаратов) аварийными средствами выбрасываемых сигнальных устройств, представляет собой спасаемый накопитель информации (аварийный самописец) и может быть использовано предпочтительно для малогабаритных объектов малой массы, например для выбрасываемых отстрелом сигнальных устройств, указывающих место аварии.

В технике широко используются устройства отделяемых контейнеров с электронным блоком телеметрической информации о работе систем движущихся объектов (например, самолетов, ракет, снарядов и т.п.) для экстренного спасения телеметрической информации при возникновении аварийных ситуаций на этих объектах. Процесс отделения включает операции снятия жесткой связи с движущимся объектом отделяемого контейнера и придание ему линейной скорости в каком-либо направлении относительно корпуса движущегося объекта.

Известен спасаемый накопитель информации (патент РФ №2482026), содержащий корпус для установки на изделие, размещенную в нем спасаемую капсулу с накопителем информации, электрически связанным быстроразъемным соединителем с бортовой системой управления, устройство продольной фиксации спасаемой капсулы в корпусе, поршневую систему пневмотолкателя спасаемой капсулы, газогенератор, устройство задействования газогенератора. Спасаемая капсула выполнена в виде составной герметичной сферической оболочки с крышкой, снабженной гильзой-поршнем цилиндрической формы и системой удержания в виде гибкой кинематической связи с корпусом, выполненной из тканой ленты с элементами крепления в виде проушин с осями, продетыми через петли на концах ленты. Лента размещена упорядоченно уложенной в спиральную бухту вокруг гильзы с возможностью самоскручивания при разматывании выходом спасаемой капсулы.

Эта конструкция выбрана в качестве прототипа как наиболее близкий аналог по технической сущности и числу совпадающих признаков.

В аварийной ситуации от импульса чувствительных датчиков блок управления изделия через электрическую связь выдает команду на срабатывание устройства задействования газогенератора системы пневмотолкателя спасаемой капсулы из корпуса, установленного на изделии. Продукты сгорания порохового заряда полости газогенератора через сообщающийся канал днища корпуса попадают в полость гильзы-поршня спасаемой капсулы, обеспечивая ее выдвижение вдоль корпуса и выброс в радиальном направлении от изделия. Вся кинетическая энергия продуктов сгорания заряда растрачивается на преодоление гидравлического сопротивления окружающей водной среды при выбросе спасаемой капсулы из корпуса изделия. После выброса спасаемой капсулы силой ее гидравлического сопротивления со скоростью хода движущегося изделия из бухты свободно вытягиваются витки гибкой связи спасаемой капсулы с корпусом. С вытяжкой последнего витка и выпрямлением гибкой кинематической связи (в виде тросовой системы, содержащей, например, тканевые ленты или тросы и т.п.) происходит рывок (резкое увеличение) тянущей силы гидравлического сопротивления в возмущенном потоке водной среды вслед за изделием.

Недостатком известного устройства является неудовлетворительная эксплуатационная надежность, так как возможны случаи повреждения какого-либо из элементов системы удержания с потерей спасаемой капсулы, в частности, от динамических нагрузок:

- возможность возникновения разрушения элементов гибкой кинематической связи в момент ее полного вытяжения из корпуса на борту движущегося изделия, сопровождающегося резким увеличением тянущего усилия из-за внезапного роста гидравлического сопротивления спасаемой капсулы, зависящего от скорости движения в окружающей среде;

- возможность разрушения гибкой кинематической связи при возбуждении ее колебаний (вибрации), что может сопровождаться увеличением гидродинамического лобового сопротивления из-за увеличения диаметра и ширины вихревого следа колеблющейся гибкой связи;

- при падении изделия на дно в районах с илистым грунтом и движением по инерции в слоях придонного ила воздействием нерасчетной нагрузки может быть разрушен любой элемент системы удержания, при этом не гарантировано всплытие капсулы и ее обнаружение после всплытия на поверхность;

- при падении изделия на уклон впадины дна и скатывании по склону затонувший корпус изделия цилиндрической формы может быть обмотан системой удержания с попаданием спасаемой капсулы под корпус изделия с вдавливанием ее в грунт, возможностью разрушения элементов системы удержания, повреждения спасаемой капсулы с потерей информации.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение эксплуатационной надежности и устранение отмеченных недостатков, то есть конструктивными усовершенствованиями гарантировано обеспечить сохранность спасаемой капсулы с накопителем информации после выброса из изделия с обозначением ее местоположения на донной поверхности для обнаружения при автономном придонном плавании в ближайшей зоне от места затопления изделия.

Технический результат заключается в том, что в предлагаемой конструкции спасаемого накопителя информации отсутствует кинематическая связь спасаемой капсулы с корпусом, устанавливаемым на изделии, после ее выброса. В связи с этим исключается динамическое воздействие тянущей силы движущегося изделия на гибкую кинематическую связь, элементы ее крепления и на спасаемую капсулу. Исключается также вероятность взаимодействия корпуса изделия со спасаемой капсулой с их раздельной покладкой на донный грунт.

Требуемый технический результат достигается тем, что в известном спасаемом накопителе информации, содержащем корпус для установки на изделие, размещенную в нем на двух опорных поясах спасаемую капсулу с накопителем информации, электрически связанным разъемным соединителем с бортовой системой управления, устройство продольной фиксации спасаемой капсулы в корпусе, поршневую систему пневмотолкателя спасаемой капсулы, газогенератор, устройство задействования газогенератора, при этом спасаемая капсула выполнена в виде составной сферической оболочки с крышкой, снабженной гильзой-поршнем цилиндрической формы и системой удержания в виде гибкой кинематической связи, при этом спасаемая капсула в верхней половине сферического корпуса выполнена с соосной наружной цилиндрической поверхностью, кольцевой профилированной канавкой и локальными опорными торцевыми выступами, с которыми взаимодействует кольцевой донный якорь с центральным отверстием и внутренней полостью, частично охватывающий корпус капсулы, с наружной торцевой поверхностью, имитирующей наружную поверхность изделия, снабженный механизмом фиксации в виде набора равно расположенных по периметру его наружного диаметра пружинных элементов с зацепами, выполненными с выступами, взаимодействующими с наружной кольцевой канавкой спасаемой капсулы, при этом зацепы снабжены регулирующими упорами-винтами, расположенными в плоскости, перпендикулярной оси бортового корпуса, совместно взаимодействующими с его внутренней поверхностью, дополнительно донный якорь объединен с корпусом спасаемой капсулы гибкой кинематической связью, упорядоченно уложенной с зазором вокруг ложемента, охватывающего гильзу-поршень с возможностью сдвига водным потоком.

Выполнение на наружной сферической поверхности капсулы дополнительных конструктивных элементов (соосной цилиндрической поверхности, кольцевой канавки, локальных выступов с опорной торцевой поверхностью) позволяет выполнить ее соосное размещение с кольцевым корпусом донного якоря. Тем самым обеспечить единую траекторию движения при их совместном выбросе под воздействием сообщенной им кинетической энергии газовой среды продуктов сгорания порохового заряда с преодолением гидравлического сопротивления водной среды.

Центральное отверстие в донном якоре при отстреле спасаемой капсулы обеспечивает воздействие силы лобового гидравлического сопротивления, способствуя ее отделению от корпуса донного якоря, совместно с силой плавучести спасаемой капсулы.

Выполнение донного якоря с частичным охватом корпуса спасаемой капсулы позволяет оптимально использовать внутреннее пространство корпуса спасаемого накопителя информации, установленного на изделии.

Объединение спасаемой капсулы с донным якорем элементами гибкой кинематической связи после их совместного выброса исключает кинематическую связь с движущимся изделием и воздействие на нее тянущего усилия, обусловленного величиной скорости движущегося изделия, что обеспечивает больший запас прочности всех элементов гибкой кинематической связи и мест ее крепления.

Объединение спасаемой капсулы элементами гибкой кинематической связи с донным якорем обеспечивает вытяжку витков гибкой кинематической связи при ее всплытии и удержание у донной поверхности над местом падения донного якоря на грунт.

Сила плавучести спасаемой капсулы обеспечивает вытяжку витков гибкой кинематической связи над местом падения донного якоря на грунт, обозначая ее местонахождение (вблизи затонувшего изделия) для обнаружения и подъема на поверхность поисковыми группами современными техническими средствами.

Размещение на донном якоре механизма фиксации дополняет и увеличивает его массу. Равнорасположенные равномерно по наружному периметру корпуса донного якоря пружинные элементы с зацепами обеспечивают осевую симметрию распределения его массы, чем способствуют стабильной ориентации в водной среде на траектории движения после выброса из бортового корпуса изделия.

Пружинные элементы, объединенные с зацепами регулирующими упорами-винтами, обеспечивают автоматическое освобождение спасаемой капсулы от жесткой связи с зацепами, автоматически исключая ее удержание и жесткую связь с корпусом донного якоря при выходе из бортового корпуса за счет принятия ими геометрической формы (конфигурации), соответствующей их свободному, ненапряженному состоянию.

Предлагаемое исполнение донного якоря со спасаемой капсулой позволяет обеспечить их направленное совместное продольное движение внутри бортового корпуса с опорной базой на всем пути перемещения в бортовом корпусе.

Механизм фиксации донного якоря (в осевом и радиальном направлениях) обеспечивает стабильное расположение его торцевой наружной поверхности относительно наружной поверхности корпуса изделия и возможность противостоять нагрузкам динамического характера при функционировании изделия, при его транспортировках и перегрузках.

Наружная поверхность донного якоря, повторяющая контур поверхности изделия, уменьшает гидравлическое сопротивление и акустический шум движущегося изделия.

Винты-упоры обеспечивают контакт зацепов пружинных элементов с кольцевой поверхностью профилированной канавки на наружной поверхности капсулы, удерживая корпус донного якоря на торцевой опорной поверхности капсулы вдоль оси относительно наружной поверхности корпуса изделия и в радиальных направлениях бортового корпуса.

Слабина витков бухты гибкой кинематической связи, расположенных вокруг цилиндрической поверхности ложемента гильзы-поршня, допускает их совместное свободное следование с водным потоком, увлекаемым ходом спасаемой капсулы из бортового корпуса.

На фиг. 1 показан общий вид спасаемого накопителя информации в разрезе, на фиг. 2 - спасаемая капсула с фрагментом донного якоря, соединенные системой удержания, на фиг. 3 изображен вид сверху на механизм фиксации спасаемого накопителя информации.

Спасаемый накопитель информации 1 (спасаемый самописец) кабелем 2 через герметичный электроразъем 3, кабельный ствол 4 соединен электрическим кабелем 5 с бортовой системой управления (на рисунке не показана).

При этом спасаемый накопитель информации 1 размещен в составном корпусе спасаемой капсулы 6 сферической формы, снабженном по наибольшему наружному периметру радиальными выступами 7, взаимодействующими с внутренней цилиндрической поверхностью 8 корпуса 9, установленного внутрь полости 10 корпуса изделия 11 с наружной цилиндрической поверхностью 12. Донная часть корпуса спасаемой капсулы 6 герметично закрыта крышкой 13, выполненной с поршнем-гильзой 14 с полостью 15, снабженным наружной кольцевой канавкой 16 с коническими торцами 17, частично (на половину диаметра) вмещающей шарики 18. Часть поверхности шариков 18 размещена в радиальных отверстиях 19 сепаратора 20, охватывающего поршень 14.

Сепаратор 20 снабжен фланцевыми выступами 21, выполненными с кольцевой проточкой 22, опираемыми на внутренний торец 23 днища 24 с центральным отверстием 25, и закреплен болтами 26. При этом сепаратор 20 совместно с шариками 18 герметично установлен в отверстие втулки 27, выполненной с внутренней кольцевой приемной канавкой 28 с коническими торцами и отверстиями 29 во фланцевых выступах 30, опираемыми на внутренний торец 23 днища 24. Через отверстия 29 фланцевых выступов 30 установлены крепежные болты 31, продетые через пружины 32, с обеспечением упругого усилия поджатия фланцевых выступов 30 к внутреннему торцу 23 днища 24.

Одновременно со стороны внутреннего торца 23 днища 24 в центральное отверстие 25 коаксиально и герметично помещены поршень 14, сепаратор 20 с шариками 18 и втулка 27.

Со стороны полости 10 корпуса изделия 11 центральное отверстие 25 днища 24 герметизировано полым штоком 33 с радиальными отверстиями 34, втулкой 35 и кабельным стволом 4. При этом полость 15 поршня 14 через отверстия 34 штока 33 внутренним каналом 36 в массиве днища 24 объединена с полостью газогенератора 37 с установленным зарядом 38, полостью 39, вмещающей пиропатрон 40, и герметизированной прокладкой 41. Пиропатрон 40 кабелем 5 соединен с бортовой системой управления.

Верхняя половина наружной поверхности спасаемой капсулы 6 равномерно по периметру снабжена локальными радиальными выступами 42 с опорной торцевой поверхностью 43, а также соосной цилиндрической поверхностью 44 и кольцевой канавкой 45.

На опорную торцевую поверхность 43 спасаемой капсулы 6 установлен кольцевой донный якорь 46 своей торцовой поверхностью 47. При этом его центральное отверстие 48 взаимодействует с цилиндрической поверхностью 44 донного якоря 46, обеспечивая их соосное позиционирование. Наружная торцовая поверхность 49 донного якоря 46 имитирует радиус (повторяет контур) наружной цилиндрической поверхности 12 изделия 11. Внутренняя вогнутая поверхность 50 донного якоря 46 образует торцевой зазор 51 с наружной сферической поверхностью спасаемой капсулы 6.

Донный якорь 46 своей наружной радиальной поверхностью 52 образует кольцевой зазор 53 с внутренней цилиндрической поверхностью 8 корпуса 9, в котором размещен механизм фиксации донного якоря 46 относительно корпуса спасаемой капсулы 6, и внутренней цилиндрической поверхностью 8 корпуса 9.

Механизм фиксации выполнен в виде набора изогнутых пластинчатых пружин 54, радиально закрепленных в пазах 55 корпуса донного якоря 46, с присоединенными к нему зацепами 56, выполненными с выступами 57 и снабженными регулируемыми упорными элементами 58, выполненными в виде винтов.

Спасаемая капсула 6 с донным якорем 46 дополнительно соединена гибкой кинематической связью 59 (в виде тросовой системы, содержащей, например, тканевые ленты или тросы и т.п.), выполненной с петлями 60 на концах, через которые продеты оси 61, установленные в проушинах 62. Гибкая кинематическая связь 59 в виде бухты 63 размещена с зазором 64 вокруг цилиндрической части ложемента 65, охватывающей поршень 14.

В условиях движения изделия 11 наружная поверхность 49 донного якоря 46 выставлена вровень (с малым допуском) относительно наружного торца корпуса 9 и наружной поверхности 12 изделия 11 для уменьшения гидравлического сопротивления набегающего потока при движении в водной среде. Полость корпуса 9 заполнена водной средой. Накопитель информации 1, находясь в спасаемой капсуле 6, герметизированной крышкой 13 с поршнем 14 и электроразъемом 3, через кабель 2, электроразъем 3, кабельный ствол 4 принимает и записывает информацию приборов телеметрии с борта изделия 11 через кабель 5 бортовой системы управления. Все остальные компоненты (части) корпуса 9 находятся в режиме ожидания.

При этом глубинное давление прижимает один конический торец 17 наружной кольцевой канавки 16 на поршне 14 крышки 13 через шарики 18 к поверхности радиальных отверстий 19 сепаратора 20, который воспринимает продольное прижимное усилие с опорой фланцевыми выступами 21 на торец 23 центрального выступа днища 24. Сила поджатия определяется величиной глубинного давления на площадь внутреннего торца поршня 14 в зоне его сопряжения и уплотнения со штоком 33. Одновременно глубинное давление прижимает фланцевые выступы 30 втулки 27 к внутреннему торцу 23 днища 24.

Спасаемая капсула 6 в радиальном направлении опирается выступами 7 на внутреннюю цилиндрическую поверхность 8 стенки корпуса 9, заполненного водой.

Поршневая система пневмотолкателя спасаемой капсулы 6 находится в ждущем режиме, при этом герметизированы внутренние полости 15 поршня 14, центрального отверстия 25 днища 24 (вмещающие шток 33, кабельный ствол 4 с втулкой 35), радиальных отверстий 34, внутреннего канала 36, полость 37 с зарядом 38, полость 39. Конструктивные оболочки воспринимают воздействие глубинного давления.

При аварийной ситуации по кабелю 5 бортовой системы управления подается импульс тока на срабатывание пиропатрона 40. В результате воспламенения заряда 38 продуктами сгорания заполняется пространство объединенных внутренних полостей 15 поршня 14, центрального отверстия 25, радиальных отверстий 34, внутреннего канала 36, полости газогенератора 37, полости 39 пиропатрона 40.

Возрастающее давление продуктов сгорания создает осевое усилие, действующее одновременно на донную часть поршня 14, крышки 13 капсулы 6 и на торец кольцевой втулки 27 до величины, которая преодолевает усилие ее поджатия глубинным давлением и упругое усилия пружин 32. При этом втулка 27 с фланцевыми выступами 30 с отверстиями 29 перемещается вдоль крепежных болтов 31 до позиционирования кольцевой проточки 28 напротив отверстий 19 с шариками 18.

Одновременно под давлением газов продуктов сгорания заряда 38 поршень 14 одним из конических торцев 17 наружной кольцевой канавки 16 воздействует на шарики 18, выталкивая их из отверстий 19 сепаратора 20 в полость внутренней приемной канавки 28 втулки 27, освобождают поршень 14 крышки 13, способствуя их выдвижению с капсулой 6 вдоль внутренней цилиндрической поверхности 8 корпуса 9. Выдвижение капсулы 6 сопровождается совместным выдвижением донного якоря 46 с элементами механизма его фиксации с капсулой 6 (пластинчатыми пружинами 54, зацепами 56 с выступом 57, упорными элементами 58) и объединяющей их гибкой кинематической связью 59 с элементами ее крепления проушин 62, с осями 61.

В процессе выброса движением капсулы 6 с донным якорем 46 вслед за ними увлекается водная среда совместно с витками бухты 63 тросовой системы 59 в набегающий поток с покиданием корпуса 9 движущегося изделия 11. При этом движении преодолеваются силы глубинного давления, гидравлического сопротивления, трения выступов 7, упорных элементов-винтов 58 по внутренней поверхности 8 корпуса 9, удерживающих донный якорь 46 и капсулу 6 в их соосном положении, противодействуя перекосу при выдвижении, в свою очередь, противостоя боковой силе набегающего потока движущегося изделия 11.

При обнулении сообщенной кинетической энергии (энергии сжатого газа продуктов сгорания заряда 38) спасаемой капсуле 6 с донным якорем 46 в процессе падения на дно его корпус приобретает произвольное положение в водной среде с ориентацией его центра тяжести вниз, вогнутой поверхностью вверх.

Спасаемая капсула 6 над донным якорем 46 всплывает на длину освобожденной гибкой кинематической связи 59 возле затонувшего донного якоря 46 в зоне затопления изделия 11 с доступностью для обнаружения и подъема на поверхность поисковыми группами подводных объектов.

Патентуемая конструкция спасаемого накопителя информации прошла экспериментальное использование в водной среде бассейна при опытных испытаниях с отстрелом в движении модели, а также автономные испытания в емкости при отстрелах капсулы с донным якорем с имитацией наружного давления водной среды. Высокоскоростной видеосъемкой подтверждена работоспособность конструкции с выбросом витков гибкой кинематической связи совместно с водным потоком, увлекаемым вслед за капсулой из бортового корпуса. Выброс витков обусловлен их совместным движением с водным потоком, так называемой, присоединенной массой водной среды, увлекаемой движущейся капсулой из бортового корпуса.

Экспериментальное использование предлагаемого устройства в действующей модели изделия подтвердило его работоспособность и стойкость элементов конструкции в условиях движения с воздействием наружного набегающего водного потока при выбросе спасаемой капсулы с тросовой системой совместно с донным якорем на ходу действующей модели макета.