СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СТВОРКАМИ ДЛЯ СБРОСА ЖИДКОСТИ С ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 1997 года по МПК B64D1/16 B64C1/14 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к системам управления створками сброса огнегасящей жидкости на очаг или в зону пожара, а также к иным средствам, сбрасывающим сыпучие грузы через люки в днище гидросамолетов, или люки в фюзеляже сухопутных самолетов, вертолетов и других летательных аппаратов.

Известна система управления створками бака для сброса жидкости с летательного аппарата, содержащая приводы открытия-закрытия, шарнирно связанные со створками бака и с верхней частью конструкции бака, замки фиксации и арматуру (привод) управления (патент США N 3423053, кл. В 64 D 1/16, 1969).

К недостаткам вышеупомянутой системы следует отнести размещение подвижных элементов в разных средах (воздух-вода), что требует наличия подвижных гермовыводов, испытывающих сравнительно высокие нагрузки. Кроме того, размещение внутри бака вала с рычагами поперек направления истечения жидкости, способствует мощному брызгообразованию, ухудшая процесс компактного сброса огнегасящей жидкости. При размещении в баке поворотного вала с рычагами, увеличение длины вала, обусловленное применением удлиненных баков и соответственно, закрывающих их створок, приводит к значительному углу закручивания концов вала и требует специальных мер, в частности увеличения диаметра вала, применения вала составной конструкции с фланцами и т.д. что загромождает бак и увеличивает еще более влияние вышеперечисленных недостатков.

Задачей, направленной на устранение вышеизложенных недостатков, является: повысить надежность системы за счет исключения контакта высоконагруженных элементов замков с огнегасящей средой, упростить конструкцию за счет исключения трудоемкой трассы управления запорными элементами створок сброса жидкости, использовать однозвенную пиротехническую систему аварийного сброса жидкости в экстренных ситуациях и снизить вес конструкции.

Технический результат достигается тем, что в системе управления створками сброса жидкости летательного аппарата, содержащей приводы открытия-закрытия створок, шарнирно связанные верхней частью с конструкцией баков, а нижней частью со створками запорные элементы и приводы управления ими, запорно-приводная часть системы выполнена в виде комбинации исполнительно-замковых силовых и замковых цилиндров, причем каждый из замков фиксации закрытого положения створок с маломощным приводом и датчиком синхронизации расположен внутри каждого из цилиндров в его верхней части, прикрепленной шарнирно к конструкции бака, при этом нижние штоковые части всех цилиндров снабжены пиротехническими разъемами и связаны шарнирно со створками, причем каждый из замковых цилиндров частично заполнен ферромагнитной жидкостью.

В варианте механического управления замками фиксации закрытого положения створок, запорно-приводная часть системы выполнена в виде комбинации исполнительно-замковых силовых и замковых цилиндров, причем каждый из замков фиксации закрытого положения створок содержит поворотный элемент, регулируемые тяги или тросовую проводку, связывающие замки между собой и с органами управления, при этом замки расположены внутри каждого из цилиндров, а поворотный элемент снаружи, в его верхней части, прикрепленной шарнирно к конструкции бака, нижние штоковые части всех цилиндров снабжены пиротехническими разъемами и связаны шарнирно со створками, причем каждый из замковых цилиндров частично заполнен ферромагнитной жидкостью.

Указанные признаки являются существенными, т.к. их наличие обеспечивает фиксацию створок баков механическими замками изолированными от содержимого баков, осуществляет гашение удара створок при их открытии, замыкает их в открытом положении, снижает массу системы, повышает ее надежность и аварийную защищенность.

На фиг. 1 озображен общий вид системы управления створками сброса жидкости; на фиг. 2 устройство исполнительно-замкового силового гидроцилиндра; на фиг. 3 сечение А-А по поворотному гидроцилиндру, встроенному в исполнительно-замковый силовой гидроцилиндр и замковый цилиндр; на фиг. 4 сечение Б-Б по замковым частям исполнительно-замкового силового цилиндра и замкового цилиндра; на фиг. 5 устройство замкового цилиндра; на фиг. 6 общий вид исполнительно-замкового силового гидроцилиндра с механическим приводом замка фиксации створок; на фиг. 7 общий вид замкового цилиндра с механическим приводом замка фиксации створок; на фиг. 8 вид в плане на комбинацию исполнительно-замковых цилиндров в варианте механического привода замков; на фиг. 9 принципиальная схема гидросистемы и схема электрических связей.

Система управления створками сброса жидкости противопожарного гидросамолета содержит лодку-фюзеляж 1 гидросамолета, конструкция которого является стенками баков 2, 3, а днище лодки-фюзеляжа имеет подвижные створки 4, 5. Подвижные створки 4, 5 соединены шарнирно с приводами открытия-закрытия, представляющими собой комбинацию исполнительно-замковых силовых цилиндров 6 и замковых цилиндров 7. Верхние части цилиндров 6, 7 прикреплены к конструкции баков 2, 3 кронштейнами 8. Нижние части цилиндров (штоки) прикреплены к подвижным створкам 4, 5 посредством шарнирных узлов 9. Створки 4, 5 подвешены на днищевой части лодки-фюзеляжа 1 при помощи шарниров 10 с возможностью открытия-закрытия створок. Комбинация исполнительно-замковых силовых цилиндров 6 и замковых цилиндров 7 соединена трассой 11 механической или гидравлической синхронизации срабатывания замков открытия-закрытия створок 4, 5. Баки 2, 3 с огнегасящей жидкостью разделены продольными перегородками 12, 13, к конструкции которых прикреплены шарнирно верхние части исполнительно-замковых силовых цилиндров 6 и замковых цилиндров 7. Каждый из исполнительно-замковых силовых гидроцилиндров 6 состоит из корпуса 14, штока 15, плавающего поршня 16 (а.с. СССР, 1538414, кл. В 64 С 1/14, 1987). Шток 15 снабжен буртиком 17, в который упирается плавающий поршень 16 при втягивании штока 15. Верхние части исполнительно-замковых силовых гидроцилиндров 6 снабжены маломощным приводом, например, поворотными гидроцилиндрами 19, в которых поворотные поршни 18 имеют возможность поворачиваться на ±90^o за счет подачи гидросмеси (рабочего тела) через штуцеры 20, 21. Верхние части штоков 15 исполнительно-замковых силовых цилиндров 6 имеют замковые части 22 в виде лепестков, охватываемых в закрытом положении подвижными лепестками 23. В открытом положении подвижные лепестки 23 занимают положение межлепесткового пространства 24, что позволяет штокам 15 беспрепятственно удаляться из замка, т. е. давать возможность створкам 4, 5, соединенным со штоком 15, 32 шарнирно, открываться. С целью уменьшения трения при работе лепестков замков на поверхностях подвижных лепестков 23 закреплены, с возможностью их поворота шарики 25, т.е. трение скольжения заменено на трение качения.

Подвижные части замков с лепестками 23 опираются на торцевые части корпусом 14 цилиндров 6 через шарики 26, т.е. аналогично, трение скольжения заменено на трение качения.

Каждый из штоков 15 исполнительно-замковых силовых цилиндров 6 и замковых цилиндров 7 снабжен пиротехническим разъемом 27, позволяющим в аварийной ситуации, в случае отказа системы управления створками 4, 5 перерезать одновременно все штоки 15 32 цилиндров 6, 7 и освободить створки 4, 5 для их открытия.

Рабочее тело подается в полости Т и Г цилиндров 6 через штуцеры 28, 29. Верхние части исполнительно-замковых силовых цилиндров 6 снабжены датчиками угла поворота замков 30, аналогичными датчикам, работающим в системе код-вал, передающими информацию об угле поворота замка в цифровом коде, что позволяет обеспечивать синхронизацию поворота всех замков на один и тот же угол с достаточно большой точностью. Каждый из замковых цилиндров 7 состоит из легкого корпуса 31, штока 32, в верхней части которого выполнены лепестки 22 замка, по аналогии со штоками 15 исполнительно-замковых силовых цилиндров 6. Верхние части замковых цилиндров 7 имеют такие же поворотные гидроцилиндры 19, конструкция которых описана выше, и такую же конструкцию поворотных замков 22. Нижние части замковых цилиндров 7 охвачены обмотками электромагнитов 33. Внутренние полости нижних частей замковых цилиндров 7 заполнены ферромагнитной жидкостью 34, например, маслом с мелкими стальными опилками или маслом с ферритовой пудрой.

Это позволяет образовать во внутренних полостях нижних частей замковых цилиндров 7 электромагнитные демпферы, которые одновременно становятся электромагнитными замками. Эффект достигается путем помещения некоторого объема ферромагнитной жидкости внутри электромагнитного поля, напряженность которого меняется в соответствии с перемещением штока 32, что вызывает изменение плотности ферромагнитной жидкости 34. Плотность ферромагнитной жидкости 34, при выходе головки штока 32 из замка 22, минимальна, затем по мере движения штока 32 вниз нарастает до значения, способного смягчить удар головки штока 32 о поверхность ферромагнитной жидкости 34, а затем, нарастая, тормозит шток, окончательно фиксируя его в крайнем нижнем положении. Створки 4, 5 становятся в открытое положение с необходимой фиксацией.

Таким образом, замковые цилиндры 7 кроме фиксации створок 4, 5 в закрытом положении, поворотными замками 22, выполняют функцию смягчения удара при открытии створок 4, 5 во время сброса огнегасящей жидкости и фиксируют створки в открытом положении. Замковые цилиндры 7 могут изготавливаться из немагнитных материалов, таких как, высокопрочные алюминиевые сплавы, композиционные материалы, титан и т.д. со сравнительно низкими требованиями к чистоте их обработки, с тонкими стенками, работающими на растяжение.

В варианте (фиг. 6-8) механической синхронизации управления поворотными замками фиксации закрытого положения створок 4, 5 каждый из исполнительно-замковых силовых цилиндров 6 и замковых цилиндров 7 оснащен поворотным элементом 35, а при их установке в баках 2, 3, соединены регулируемыми тягами 36 или тросовой проводкой с органами управления замками.

В этом варианте поворотные гидроцилиндры 19 замков 22 отсутствуют, а оси поворота замков 22 соединены с поворотными элементами 35. Таким образом, поворот замков в этом варианте производится посредством гидро-, пневмо- или ручного привода 37 управления.

В основном варианте (фиг. 1-3) подача рабочего тела в поворотные гидроцилиндры 19 и в варианте (фиг. 6-8) механической синхронизации управления в приводы 37, осуществляется электромагнитным гидрокраном 38. Подача рабочего тела в исполнительно замковые силовые цилиндры 6 производится электромагнитным гидрокраном 39. Электрическое управление работой системы, последовательность срабатывания ее элементов и т.д. обеспечивается усилительно преобразованным устройством управления 40. Гидравлическая синхронизация одновременного срабатывания (поворота) поршней 18 гидроцилиндров 19 обеспечивается дозаторами 41.

Управление пиротехнической аварийной системой открытия створок 4, 5 посредством пироразъемов 27, обеспечивается блоком 42, с пульта управления в кабине экипажа. Привод 37 имеет две полости К и Л, штуцеры 43, 44 поршень 45 и шток 46.

Система работает следующим образом.

При закрытых створках 4, 5, баков 2, 3 заполненных огнегасящей жидкостью, удерживаемых замками 22 исполнительно-замковых силовых 6 и замковых цилиндров 7, штоки цилиндров 15, 32 убраны внутрь цилиндров 6 и 7, а уплотненные плавающие поршни 16 исполнительно-замковых силовых цилиндров 6 находятся в крайнем нижнем положении.

По команде на сброс жидкости через кран 38 (фиг. 9,3,4) рабочее тело подается в поворотные цилиндры 19, через штуцеры 21. Поршни 18 цилиндров 19 поворачивается на 90^o и лепестки 23 замков 22, скользя по шарикам 25 занимают межлепестковые пространства 24, тем самым расфиксируя штоки 15 и 32 цилиндров 6 и 7. Створки 4, 5, связанные со штоками узлами 9, освобождаются для движения на открытие. Одновременно через кран 39 и штуцеры 28 рабочее тело поступает в полости "Г" (фиг. 2) исполнительно-замковых силовых цилиндров 6. Под действием веса огнегасящей жидкости и давления рабочего тела на штока 15, створки 4, 5 открываются.

В конце открытия створок 4, 5 штоки 32 цилиндров 7 (фиг. 5) соприкасаются с ферромагнитной жидкостью 34, содержащейся внутри замковых цилиндров 7. Ферромагнитная жидкость 34 находится под действием электромагнитных полей, создаваемых электромагнитами 33, увеличивает свою вязкость и гасит удар в конце хода штоков 32, а по мере роста напряжения в обмотках электромагнитов 33 надежно запирает штоки 32 в выпущенном положении. Створки 4, 5, связанные шарнирно со штоками 32 силовыми элементами 9, фиксируются в открытом положении. Краны 38, 39 при этом устанавливаются в нейтральное положение.

Синхронность поворота поршней 18 поворотных гидроцилиндров 19, обеспечивается электрическими импульсами через усилительно-преобразовательное устройство 40 от датчиков 30, связанных с поворотными валами гидроцилиндров 19 поданными на дозаторы 41. Дозаторы 41 обеспечивают подачу рабочего тела в поворотные гидроцилиндры 19 пропорционально углу поворота с высокой точностью. По команде на закрытие створок 4, 5 через кран 39 (фиг. 9,3,4) и штуцеры 29 (фиг. 2) рабочее тело подается в полости Д исполнительно-замковых силовых цилиндров 6. Плавающие поршни 16 цилиндров 6 под действием давления рабочего тела перемещаются вверх, упираясь в буртики 17 (фиг. 2), убирают штоки 15. Рабочее тело из полостей Г через штуцеры 28 вытесняется в систему. Одновременно напряжение на обмотках электромагнитов 33 замковых цилиндров 7 снижается, ферромагнитная жидкость 34 уменьшает свою плотность, расфиксируя тем самым головки 22 штоков 32, находящихся в погруженном состоянии в ферромагнитной жидкости, и створки 4, 5, передавая усилия от исполнительно-замковых силовых цилиндров 6, свободно перемещают штоки 32 замковых цилиндров 7 до упора. При этом выдается контрольный сигнал на табло в кабине экипажа и на усилительно-преобразовательное устройство 40. После перемещения штоков 15 исполнительно-замковых силовых цилиндров 6 и штоков 32 замковых цилиндров 7 в крайнее верхнее положение, головки штоков 22, выполненные в виде лепестков 23, находятся в межлепестковом пространстве 24 (фиг. 4), при этом створки 4, 5 закрыты с необходимым подтягом. Это положение створок контролируется сигналом и автоматически, с некоторой временной задержкой сигнал подается на кран 38 поворотных гидроцилиндров 19. Рабочее тело через кран 38 по штуцерам 21 поворотных гидроцилиндров 19 поступает в их полости (фиг. 3) и перемещает поршни 18 в положение "закрыто", вытесняя через штуцеры 20 рабочее тело в систему из полостей Н. При этом подвижные лепестки 23, связанные с осями поршней 18 в плоскостях, расположенных ниже плоскостей неподвижных лепестков 22 штоков 15 и 32, заходят за контуры неподвижных лепестков 22 замков, обеспечивая надежную фиксацию штоков 15 и 32. Кран 39 переключается и подает рабочее тело через отверстия 28 в полости Г исполнительно-замковых силовых цилиндров 6, плавающие поршни 16 перемещаются в крайнее нижнее положение. Кран 39, после этого, устанавливается в нейтральное положение. Система подготовлена к очередному циклу сброса огнегасящей жидкости.

В экстренной ситуации, например, при взлете отказал двигатель, при несрабатывании описанной системы управления створкам и сброса в штатном режиме, можно воспользоваться аварийной системой принудительного открытия створок сброса жидкости. С этой целью каждый из штоков 15, 32 исполнительно-замковых силовых цилиндров 6 и замковых цилиндров 7 снабжен пиротехническим разъемом 27, который позволяет, при подаче на него сигнала аварийного срабатывания от блока аварийного управления 42, мгновенно перерезать сменную высокопрочную обечайку, соединяющую две части каждого из штоков 15, 32 в нормальном (штатном) режиме работы системы. Перерезание высокопрочной обечайки пироразъема происходит посредством подрыва специального взрывчатого вещества, содержащегося внутри пиротехнического разъема 27. Гидроудар и его воздействие на конструкцию баков 2, 3 исключен. Штоки 15, 32 всех цилиндров 6, 7 системы также мгновенно разрываются в местах установки пироразъемов. Створки 4, 5 получают возможность под действием веса находящейся в баках 2, 3 жидкости открыться, обеспечивая тем самым ее аварийный слив.

В варианте (фиг. 6-8) механического управления замками фиксации створок закрытого положения система работает следующим образом.

При закрытых створках 4, 5, удерживаемых замками 22 исполнительно-замковых силовых 6 и замковых цилиндров 7, штоки цилиндров 15, 32 убраны внутрь цилиндров 6 и 7, а уплотненные плавающие поршни 16 исполнительно-замковых силовых цилиндров 6 находятся в крайнем нижнем положении. Огнегасящая жидкость находится в баках 2 и 3.

По команде на сброс жидкости, через кран 38 (фиг. 9,8) рабочее тело подается в цилиндр 37 через штуцер 43. Поршень 45 (фиг. 8) цилиндра 37 перемещается влево и воздействуя усилием на шток 46, через поворотный элемент 35, систему тяг 36 или тросовую проводку, соединяющих последовательно поворотные элементы 35 каждого из исполнительно-замковых силовых 6 и замковых цилиндров 7, поворачивает элементы 35 на угол 90^o. Лепестки 23 замков 22 каждого из цилиндров 6 и 7, скользя по шарикам 25 занимают межлепестковые пространства 24, расфиксируя тем самым штоки 15 и 32 цилиндров 6 и 7. Створки 4, 5 связанные со штоками 15, 32 узлами 9 освобождаются для движения на открытие. Одновременно через кран 39 (фиг. 9) и штуцеры 28 рабочее тело поступает в полости "Г" (фиг. 2) исполнительно-замковых силовых цилиндров 6. Под действием веса огнегасящей жидкости и давления рабочего тела на штоки 15 створки 4, 5 открываются. В конце открытия створок 4, 5, так же, как и в первом варианте системы, штоки 32 цилиндров 7 (фиг. 5) соприкасаются с ферромагнитной жидкостью 34, содержащейся внутри замковых цилиндров 7. Ферромагнитная жидкость 34, находящаяся под действием магнитных полей, создаваемых электромагнитами 33, гасит удар в конце хода штоков 32 и по мере роста напряжения в обмотках электромагнитов 33 надежно запирает штоки 32 в выпущенном положении, позволяя тем самым створкам 4, 5 оказаться в зафиксированном открытом положении. Краны 38, 39 при этом устанавливаются в нейтральное положение.

По команде на закрытие створок 4, 5 через кран 39 (фиг. 9,2) и штуцеры 29 рабочее тело подается в полости Д исполнительно-замковых силовых цилиндров 6. Плавающие поршни 16 цилиндров 6 под действием давления рабочего тела перемещаются вверх, упираясь в буртики 17 штоков 15 убирают их. Рабочее тело из полостей Г через штуцеры 28 вытесняется в систему. Одновременно электрическое напряжение на обмотках электромагнитов 33 замковых цилиндров 7 снижается, ферромагнитная жидкость 34 уменьшает свою плотность, расфиксируя тем самым головку 27 штока 32, находящуюся в погруженном состоянии в ферромагнитной жидкости. Створки 4, 5, соединенные шарнирно со штоками 15, 32, под действием усилий исполнительно-замковых силовых цилиндров 6, свободно перемещают штоки 32 замковых цилиндров 7 до упора, о чем выдается контрольный сигнал на табло в кабине экипажа и на усилительно-преобразовательное устройство 40.

После перемещения штоков 15 исполнительно-замковых силовых цилиндров 6 и штоков 32 замковых цилиндров 7 в крайнее верхнее положение головки 22 штоков 15, 32, выполненные в виде лепестков 23, находятся в межлепестковом пространстве 24 (фиг. 4). При этом створки 4, 5 закрыты с необходимым подтягом. Это положение створок 4, 5 автоматически, с некоторой временной задержкой, подается в виде электрического сигнала на кран 38 управления цилиндром 37. Рабочее тело через кран 38 по штуцеру 44 (фиг. 8) поступает в полость 4 цилиндра 37 и перемещает поршень 45 цилиндра 37 в положение "закрыто" (вправо на фиг. 8), вытесняя из полости Л через штуцер 43 рабочее тело в систему. Шток 46 цилиндра 37, воздействуя через поворотные элементы 35, систему тяг 36 или тросовую проводку, соединяющую последовательно поворотные элементы 35 каждого из исполнительно-замковых силовых цилиндров 6 и замковых цилиндров 7, поворачивает элементы 35 на угол 90^o.

Подвижные лепестки 23 замков, связанные с осями поворотных элементов 35, расположенные ниже плоскостей неподвижных лепестков 22 штоков 15 и 32, заходят за контуры неподвижных лепестков 22 замков, обеспечивая надежную фиксацию штоков 15 и 32. Кран 39 переключается и подает рабочее тело через отверстия 28 в полости 7 исполнительно-замковых силовых цилиндров 6, плавающие поршни 16 перемещаются в крайнее нижнее положение. Кран 39 после этого устанавливается в нейтральное положение. Система подготовлена к очередному циклу сброса огнегасящей жидкости.

Таким образом, изобретение повышает надежность системы за счет исключения контакта высоконагруженных элементов замков с огнегасящей средой, упрощает конструкцию за счет исключения трудоемкой трассы управления запорными элементами створок сброса жидкости, позволяет использовать однозвенную пиротехническую систему аварийного сброса жидкости в экстренных ситуациях и снизить вес конструкции.

В варианте (фиг. 6-8) механического управления замками фиксации закрытого положения створок их принцип действия и замещение позволяют применить малонагруженные поворотные элементы, регулируемые по длине тяги или тросовую проводку, связывающие их между собой и с органами управления и позволяет управлять замками вручную. Малонагруженная трасса управления замками приближена к нейтральной оси (оси жесткости) самолета и испытывает меньшие нагрузки от воздействия аэродинамических сил. В энергетическом отношении - этот вариант управления замками наиболее выгоден.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности, к системам управления створками бака для сброса жидкости в зону пожара. В системе исключен контакт элементов замков со средой баков, что позволяет использовать пиротехнические средства аварийного сброса жидкости в аварийных ситуациях. Система выполнена в виде исполнительно-замковых механизмов силовых цилиндров 6 и замковых цилиндров 7, внутри которых в верхних их частях, расположены маломощные приводы 19 замков 22 фиксации штоков 15, 32 с датчиками синхронизации срабатывания 30. В нижних частях замковых цилиндров 7 установлены электромагниты 33 для воздействия на ферромагнитную жидкость, частично заполняющую полости замковых цилиндров 7. Штоки 15, 32 всех цилиндров 6 и 7 снабжены пиротехническими разъемами. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Система управления створками бака для сброса жидкости с летательного аппарата, содержащая приводы открытия-закрытия, шарнирно связанные со створками бака и с верхней частью конструкции бака, замки фиксации и арматуру (привод) управления, отличающаяся тем, что приводы и замки выполнены в виде комбинации исполнительно-замковых силовых цилиндров и замковых цилиндров, внутри которых в верхней части расположены маломощные приводы замков фиксации штоков с датчиками синхронизации срабатывания, в нижней части замковых цилиндров установлены электромагниты для воздействия на ферромагнитную жидкость, частично заполняющую полость замковых цилиндров, а штоки всех цилиндров снабжены пиротехническими разъемами. 2. Система управления створками бака для сброса жидкости с летательного аппарата, содержащая приводы открытия-закрытия, шарнирно связанные со створками бака и верхней частью конструкции бака, замки фиксации и арматуру управления, отличающаяся тем, что привод и замки выполнены в виде комбинации исполнительно-замковых силовых цилиндров и замковых цилиндров, внутри которых в верхней части расположены соединенные тягами или тросовой проводкой рычаги поворота (поворотные элементы) привода замков фиксации штоков, в нижней части замковых цилиндров установлены электромагниты для воздействия на ферромагнитную жидкость, частично заполняющую полость замковых цилиндров, а штоки всех цилиндров снабжены пиротехническими разъемами.