ТРЕНАЖЕР Российский патент 1998 года по МПК A63B21/00 A63G21/00 

Изобретение относится к тренировочным или развлекательным устройствам и может быть использовано соответственно в качестве тренажера для общефизической подготовки и тренировки летного экипажа или в качестве аттракциона для развлечений.

Характерной особенностью предлагаемой конструкции является то, что она может воспроизвести полный и естественный цикл полета в космическом аппарате (КА): т.е. разгон, свободный полет, приближающийся к невесомости, торможение и "мягкую посадку".

Известны технические решения, которые могут быть использованы в качестве аттракционов для развлечений. Они содержат опорную конструкцию, платформу в виде кабины, в которой располагается экипаж, привод с трособлочной системой для перемещения кабины и тормоз для остановки последней. В качестве примера таких конструкций можно привести авт. св. СССР 1768205, кл. A 63 G 1/00, 1989 и патент США 5973042, кл. A 63 G 1/00, 1990.

Несмотря на различное конструктивное выполнение отдельных узлов и деталей, входящих в состав обоих технических решений, объединяет их то, что перемещение кабины, в первом случае - наклонно, а во втором - вертикально, осуществляется посредством привода с трособлочной системой.

Однако такое перемещение кабины не дает возможности достигнуть эффекта полета в космическом аппарате с имитацией всех стадий его перемещения: разгона, свободного полета, торможения и "мягкой посадки" и присущих этим стадиям перегрузок, что снижает остроту ощущения от катания на таких аттракционах. По этой же причине они не могут быть использованы в качестве тренажеров для подготовки и тренировки летного экипажа, в особенности космонавтов.

Известны технические решения, в которых можно при перемещении объекта достигнуть такие движения, как разгон, участок свободного полета, приближающийся к невесомости, торможение и посадку (см., например, авт. св. СССР N 1639195, кл. F 41 F 1/00, 1989).

Указанное авторское свидетельство защищает многоступенчатую поршневую установку, которая содержит источник давления, две сообщающиеся газовые камеры, причем одна из них имеет поршень, связанный с источником давления, а другая воздействует на перемещаемый объект, не связанный никакими механическими связями с узлами и деталями установки.

Однако, если эту известную конструкцию приспособить в качестве тренажера или аттракциона, то она будет неработоспособна в этой роли, т.к. в ней не предусмотрен механизм возврата объекта после участка свободного полета.

Действительно, получив энергию разгона и выйдя за пределы пусковой камеры, перемещаемый объект уйдет в свободный полет с последующим нерегулируемым торможением в атмосфере и жестким ударом при падении на землю далеко за пределами установки.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является конструкция тренажера по [1]
Указанный тренажер может быть использован как для общефизической подготовки и тренировки космонавтов, так и в качестве аттракциона для развлечений.

Он содержит смонтированную на неподвижном основании направляющую трубу, установленную внутри трубы подвижную платформу, снабженную катками, демпфирующее устройство и подъемный механизм.

Недостаток известного тренажера заключается в том, что не происходит полной имитации движения и перегрузок, имеющих место при реальном полете космического аппарата, также как и "мягкой посадки".

Технической задачей изобретения является полная имитация всех участков полета в их естественной последовательности и с реальными перегрузками космического аппарата.

Технический результат, заключающийся в устранении указанных недостатков, достигается тем, что устройство, содержащее неподвижное основание, направляющую трубу, установленную в ней подвижную платформу с катками, демпфирующее устройство и подъемный механизм, имеет участок торможения платформы, направляющие, кольцо и источник подачи рабочего тела с регулированием давления для обеспечения разгона платформы и получения заданных перегрузок, при этом направляющая труба расположена вертикально, а кольцо закреплено на платформе с образованием зазора относительно внутренних стенок направляющей трубы, причем направляющие расположены вдоль трубы при их частичном размещении за пределами ее верхнего конца, а участок торможения расположен в направляющей трубе.

Направляющие жестко закреплены на направляющей трубе, а последняя жестко закреплена на неподвижном основании.

Одновременно в предложенном тренажере длина направляющих, расположенных за пределами верхнего конца направляющей трубы, больше высоты подъема платформы с экипажем вверх по направляющим до полного останова под действием силы тяжести.

Кроме того, в направляющей трубе выполнены сквозные отверстия для регулирования величины давления рабочего тела в виде сжимаемого платформой воздуха, находящегося в направляющей трубе при перемещении платформы вниз и ее торможении.

Таким образом, при использовании предложенного тренажера для развлечений увеличивается острота ощущений за счет полного приближения к реальным условиям полета космического аппарата. По тем же причинам более успешно пройдут и тренировки летного экипажа.

На чертеже изображен продольный разрез тренажера.

Тренажер содержит направляющую трубу 1, которая расположена вертикально, а в поперечном сечении может иметь различную форму и, как частный случай, круглую. Внутри направляющей трубы, вдоль ее внутренних стенок 2, размещены направляющие 3, жестко связанные с этой трубой и выходящие за пределы ее верхнего конца. В направляющей трубе размещена и подвижная платформа 4, имеющая катки 5 и кольцо 6, смонтированное на основании 7 платформы. Кольцо 6 нормирует площадь зазора между собой и внутренними стенками направляющей трубы, которая нижним концом закреплена на неподвижном основании 8. Платформа 4 выполнена в виде закрытой кабины, имеющей герметично закрывающиеся двери (не показаны), а внутри кабины расположено сиденье 9. Оно может иметь самую разнообразную конструкцию, как частный случай, изображенную на чертеже, когда на сиденье могут располагаться сразу два человека. Сиденье 9 снабжено привязными ремнями (не показаны) и амортизатором 10. На днище 11 направляющей трубы установлено демпфирующее устройство 12, контактирующее с основанием платформы. Для подъема платформы до уровня посадочной площадки 13 используется подъемный механизм. Конструкция его может быть самой разнообразной и, как частный случай, он может содержать лебедку 14 с трособлочной системой 15, размещенной под крышей 20, закрепляющей верхние концы направляющих.

Для разгона платформы в направляющей трубе с заданными перегрузками используется источник 16 подачи рабочего тела с регулированием давления, в качестве которого может быть использован, например, воздух. Источник давления снабжен регулирующим механизмом 17, обеспечивающим регулирование расхода рабочего тела, поступающего по воздуховоду 18 в направляющую трубу 1. Указанный механизм не влияет на конструктивное выполнение самого тренажера, но может иметь оригинальное выполнение. Направляющие 3, выходящие за пределы верхнего конца направляющей трубы, служат участком свободного полета платформы, причем длина этих направляющих больше пути подъема вверх по ним платформы под действием силы тяжести до ее полного останова.

Участок торможения платформы находится в самой направляющей трубе, а для обеспечения торможения с заданными перегрузками в трубе выполнены сквозные дренажные отверстия 19.

В исходном положении тренажера платформа 4 находится в нижней части направляющей трубы 1, опираясь на демпфирующее устройство 12. С началом эксплуатации лебедкой 14 подъемного механизма посредством трособлочной системы 15 платформа 4 поднимается, опираясь катками 5 на направляющие 3, до посадочной площадки 13. Экипаж садится на сиденье 9, пристегивается ремнями и закрывает герметические двери (ремни и двери на чертеже не показаны). После этого платформа 4 тем же подъемным механизмом по направляющим 3 опускается по направляющей трубе до контакта основания 7 платформы с демпфирующим устройством 12.

По команде "старт" под основание 7 платформы 4 от источника 16 давления подается рабочее тело с регулированием его параметров для обеспечения разгона платформы 4 по направляющим 3. Разогнавшись, платформа выходит за пределы верхнего конца направляющей трубы и, двигаясь вертикально вверх по направляющим, переходит на этом участке в свободный полет, приближающийся к невесомости, поскольку на этом участке имеет место ускоренное движение платформы под действием силы тяжести. Постепенно скорость платформы падает до нуля. При этом она не выходит за пределы направляющих благодаря их соответствующей длине, которая выбрана больше высоты подъема платформы.

Когда скорость платформы достигнет нуля, то начнется свободное падение ее под действием силы тяжести. А поскольку на участке направляющих, выходящих за пределы верхнего конца направляющей трубы, платформа будет падать с ускорением, то это перемещение также приблизится к состоянию невесомости. Следует отметить, что направляющие 3 обеспечивают плавный вход платформы в направляющую трубу 1 и не допускают касания обтюрирующего кольца 6 с внутренними стенками 2 направляющей трубы при перемещении платформы внутри направляющей трубы. После захода платформы в направляющую трубу начнется ее торможение с заданными перегрузками. Этот процесс реализуется благодаря тому, что, перемещаясь вниз по участку торможения, находящемуся в направляющей трубе, платформа сжимает воздух, а последний выходит через дренажные отверстия 19.

Чтобы торможение в тренажере имитировало реальное торможение космического аппарата, разработаны соответствующий подбор площадей дренажных отверстий 19 и их взаимное расположение.

Пройдя участок тормозного пути, платформа основанием 7 коснется демпфирующего устройства 12, благодаря чему осуществится ее "мягкая посадка".

После этого весь цикл имитации полета космического аппарата в тренажере может повториться или же платформа 4 лебедкой 14 подъемного механизма поднимется до уровня посадочной площадки 13 и экипаж покидает платформу.

Таким образом, в предложенном тренажере кроме полной имитации всех реальных условий полета в космическом аппарате удалось за счет перемещения платформы вверх и вниз уменьшить в 4 раза его габариты, т.е. сделать его более компактным, а также в 4 раза уменьшить аэродинамическое сопротивление, т.е. более полно имитировать условия невесомости. Одновременно увеличено в 2 раза, без увеличения размеров тренажера, время нахождения в невесомости, что позволит повысить эксплуатационные характеристики тренажера.

Следует отметить, что в данном изображении представлена общая компоновка тренажера, а частные случаи выполнения его отдельных узлов, как-то регулирующего механизма 17, катков 5 и направляющих 3, оформлены самостоятельными заявками на изобретения. Самостоятельными заявками на изобретения будут оформлены и технические решения, обеспечивающие безопасность эксплуатации тренажера, а также соответствующее расположение и площадь (ее величина) дренажных отверстий 19.

Изобретение относится к тренировочным и развлекательным устройствам, использование которых обеспечивает полную имитацию всех участков полета в их естественной последовательности и с реальными перегрузками космического аппарата. Тренажер содержит неподвижное основание, направляющую трубу, подвижную платформу с катками, демпфирующее устройство, подъемный механизм, участок торможения платформы, направляющие, кольцо, источник подачи рабочего тела с регулированием давления для разгона платформы. Труба установлена вертикально. Кольцо закреплено на платформе с образованием зазора относительно внутренних стенок направляющей трубы. Направляющие расположены вдоль трубы при их частичном размещении за пределами ее верхнего конца. Участок торможения расположен в направляющей трубе. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Тренажер, содержащий неподвижное основание, направляющую трубу, установленную в ней подвижную платформу с катками, демпфирующее устройство и подъемный механизм, отличающийся тем, что он имеет участок торможения платформы, направляющие, кольцо и источник подачи рабочего тела с регулированием давления для обеспечения разгона платформы и получения заданных перегрузок, при этом направляющая труба расположена вертикально, а кольцо закреплено на платформе с образованием зазора относительно внутренних стенок направляющей трубы, при этом направляющие расположены вдоль трубы при их частичном размещении за пределами ее верхнего конца, а участок торможения расположен в направляющей трубы. 2. Тренажер по п. 1, отличающийся тем, что направляющие жестко закреплены на направляющей трубе, а последняя одним концом жестко закреплена на неподвижном основании. 3. Тренажер по п. 1, отличающийся тем, что длина направляющих, расположенных за пределами верхнего конца направляющей трубы, больше высоты подъема платформы по направляющим. 4. Тренажер по п. 1, отличающийся тем, что в направляющей трубе выполнены сквозные отверстия для регулирования величины давления рабочего тела в виде воздуха, сжимаемого платформой и вытесняемого из трубы при перемещении платформы вниз по направляющим и ее торможении до полного останова.