ВОДОЗАГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ПРОТИВОПОЖАРНОГО САМОЛЕТА Российский патент 2001 года по МПК B64D1/16 B64D1/22 B64C35/00 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к устройствам для заправки водой баков на противопожарных гидросамолетах.

При заправке водой противопожарных самолетов существенное значение имеет время заправки, поэтому актуальна задача разработки водозагрузочных устройств, обеспечивающих заправку водой с поверхности водоема.

Известно водозагрузочное устройство, описанное в патенте США N 3423053, кл. B 64 D 1/16, НКИ 244-136, 1969. Оно содержит водовод и водозаборник, размещенные внутри бака, водозаборное отверстие, перекрываемое створкой с запором, размещенное за реданом в теневой зоне, механизм опускания водозаборника и механизм отпирания створки. Недостаток такого водозагрузочного устройства - конструктивная сложность и нерациональное (не полное) использование объема бака из-за размещения водовода и водозаборника внутри бака.

Известно водозагрузочное устройство гидросамолета, защищенное патентом Канады N 1189498, М кл. A 62 C 28/00, НКИ 244-104, 1986, содержащий водовод, включающий приемный и выходной патрубок, размещенный за реданом в теневой зоне водозаборник с сопряженными переходом в 90^o входным и выходным отверстиями и механизм перемещения водозаборника. Поперечное сечение водозаборника имеет форму половины круга с диаметральным сечением, параллельным килевой плоскости и не менее чем в 2,5 раза по площади меньше поперечного сечения водовода.

Недостаток этого устройства - потери на отрыв водозагрузочной струи на трение водозаборника о воду, большой вес и габариты водозагрузочного устройства.

Водозагрузочное устройство гидросамолета (заявка N 94036883/11 от 30.09.94, положительное решение от 01.08.94, кл. B 64 D 1/16, B 64 C 35/00), содержащее водовод, включающий приемный и выходной патрубки, размещенный за реданом в теневой зоне водозаборник с сопряженными дугой не менее 90 входным и выходными отверстиями, и механизм перемещения водозаборника. Водозаборник выполнен в виде ковша, образованного цилиндрической поверхностью и двумя секторными боковинами с дугой (90 + γ ±1)^o, где угол γ^° -угол продольной килеватости днища носовой части в области редана, и установлен с возможностью поворота на оси, закрепленной параллельно нижней кромке редана под углом (2 ±1)^o к вертикальной плоскости самолета, а механизм перемещения водозаборника имеет два фиксированных крайних положения и представляет собой размещенный в гермоотсеке гидроцилиндр, соединенный срезным элементом через качалку с промежуточной осью, проходящей в приемный патрубок водовода, рычаг, жестко закрепленный на этой оси, и тягу шарнирно соединенную с боковиной ковша.

Общими признаками прототипа и заявленного водозагрузочного устройства является:
- наличие водовода, включающего приемный и выходной патрубки;
- наличие водозаборника с сопряженными переходом дугой входным и выходным отверстиями;
- наличие механизма перемещения водозаборника;
- размещение водозаборника за реданом в теневой зоне.

Недостатки прототипа
Установка и конструктивное выполнение ковша водозаборного устройства обеспечивает снижение гидравлических потерь потока воды в ковше и сопротивление самого ковша не на всех скоростях глиссирования и углов килеватости днища в районе редана.

Срезной элемент механизма перемещения водозаборного устройства в процессе среза заклинивается в отверстиях оси, что затрудняет его удаление.

Механизм перемещения ковша водозаборного устройства приводится в действие штоком гидроцилиндра, что при возможном заклинивании штока в гидроцилиндре, в выпущенном положении ковша не позволит убрать ковш и затруднит взлет гидросамолета. Это снижает надежность работы водозаборного устройства и ухудшает эксплуатационные характеристики.

Цель изобретения - улучшение эксплуатационных характеристик водозагрузочного устройства противопожарного самолета путем повышения интенсивности забора воды и предупреждения разрушения водозаборника при столкновении с твердыми плавающими предметами.

Указанная цель достигается тем, что в водозагрузочном устройстве противопожарного самолета, содержащем размещенный в теневой зоне за реданом параллельно нижней кромке последнего водозаборник с сопряженными дугой не менее 90^o входным и выходным отверстиями, выполненный в виде ковша с осью вращения, образованного цилиндрической поверхностью и двумя секторными боковинами, сопряженными между собой по радиусу, передняя кромка секторных боковин ковша расположена под углом к плоскости, проходящей через ось и переднюю кромку цилиндрической поверхности ковша, при этом передняя кромка секторных боковин и цилиндрическая поверхность ковша выполнены с заострениями, водовод с приемным и выходным патрубками, причем поперечное сечение выходного отверстия приемного патрубка больше площади поперечного сечения струи из выходного отверстия водозаборника, и механизм перемещения водозаборника, фиксирующий его в двух крайних положениях (в выпущенном и убранном) под углом к вертикальной оси самолета и включающий размещенный в гермоотсеке гидроцилиндр, соединенный срезным элементом через рычаг качалки с промежуточной осью, размещенной в приемном патрубке водовода, второй рычаг, жестко закрепленный на указанной оси, шарнирно связанной с тягой, которая шарнирно соединена с секторной боковиной ковша, ось вращения ковша жестко установлена параллельно нижней кромке редана под углом (1 - 4)^o к вертикальной поперечной плоскости самолета, механизм перемещения водозаборника снабжен спаренными пружинами растяжения, установленными на рычаге качалки, и накидной втулкой, в которую заключен срезной элемент и на которую установлено выпрессовочное устройство срезного элемента, одновременно фиксирующее накидную втулку на промежуточной оси, секторные боковины имеют дугу (90^o + γ^° ± 2^o), где γ^° - угол продольной килеватости днища носовой части в области редана, угол между передней кромкой секторных боковин ковша с плоскостью, проходящей через ось и переднюю кромку цилиндрической поверхности ковша, равен 5-60^o, заострения передней кромки секторных боковин и цилиндрической поверхности ковша выполнены с внутренней стороны указанных элементов с углом, равным 5-30^o, радиус сопряжения секторных боковин и цилиндрической поверхности ковша равен (0,01 - 0,2) R, где R - радиус цилиндрической поверхности ковша, площадь поперечного сечения выходного отверстия приемного патрубка водовода в 1,4 - 2,45 раза больше площади поперечного сечения струи из выходного отверстия ковша, при этом приемный патрубок водовода на участке захода ковша в убранном положении выполнен прямоугольной формы, плавно переходящей в цилиндрическую, в выпущенном положении ковш развернут на оси вращения так, что плоскость, проходящая через ось и переднюю кромку цилиндрической поверхности ковша составляет угол (γ + 2)^o с вертикалью самолета, а в убранном положении ковш размещен так, что плоскость, проходящая через ось и переднюю кромку цилиндрической поверхности ковша составляет угол с вертикальной осью самолета меньше 90^o - (γ +2)^o.

Авторам не известен источник информации, в котором было бы описано водозагрузочное устройство, содержащие водозаборник, выполненный в виде ковша, образованного двумя секторными боковинами и цилиндрической поверхностью с дугой (90^o + γ^° ± 2^o). Следовательно, заявленное устройство соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявленного устройства с прототипом и другими известными устройствами показало, что известные конструкции водозаборных устройств не обеспечивают интенсивный забор воды и не предупреждают разрушения ковша водозаборника при столкновении его с твердыми плавающими предметами. Можно сделать вывод, что заявленное устройство соответствует критерию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг. 1 показана конструкция водозагрузочного устройства;
на фиг. 2 дан вид "А" на установку ковша водозаборника и его оси, вид снизу;
на фиг. 3 показана конструкция ковша водозаборника;
на фиг. 4 показан механизм перемещения водозаборника;
на фиг. 5 дан вид "Д" на установку выпрессовочного устройства;
на фиг. 6 дано сечение "Е-Е".

На фиг. 1 - 6 цифрами обозначены:
1 - ковш водозаборника;
2 - редан;
3 - ось вращения ковша;
4 - кронштейн крепления оси ковша;
5 - секторные боковины ковша;
6 - цилиндрическая поверхность ковша;
7 - носовая часть днища;
8 - передняя кромка секторных боковин и цилиндрической поверхности ковша;
9 - приемный патрубок водовода;
10 - выходной патрубок водовода;
11 - бак для воды;
12 - входное отверстие приемного патрубка;
13 - выходная часть ковша;
14 - переход от входного к выходному отверстию приемного патрубка водовода;
15 - выходное отверстие приемного патрубка водовода;
16 - ось соединения ковша с механизмом его перемещения;
17 - гермоотсек;
18 - гидроцилиндр;
19 - шарнир;
20, 24 - рычаги качалки;
21 - срезной элемент;
22 - промежуточная ось качалки;
23 - герметичный подшипник;
25 - тяга;
26 - шток гидроцилиндра;
27 - накидная втулка;
28 - выпрессовочное устройство;
29 - винт;
30 - ручка;
31 - гнездо;
32 - серьги;
33 - спаренные пружины;
34 - кронштейн.

Водозагрузочное устройство противопожарного самолета содержит водозаборник 1, расположенный в теневой зоне редана 2 на оси 3, жестко закрепленной в кронштейнах 4 параллельно нижней кромке редана 2 и под углом (1-4)^o к вертикальной поперечной плоскости самолета (фиг. 2, вид снизу). Водозаборник 1 выполнен в виде ковша, образованного двумя секторными боковинами 5 и цилиндрической поверхностью 6. Секторные боковины имеют дугу (90 + γ ± 2)^o, где γ - угол продольной килеватости носовой части днища 7 перед реданом 2.

Передняя кромка секторных боковин 5 ковша 1 составляет угол, равный 5-60^o с плоскостью, проходящей через ось 3 и переднюю кромку 8 цилиндрической поверхности 6 ковша 1, передние кромки секторных боковин 5 и цилиндрической поверхности 6 имеют заострения, выполненные с внутренней стороны с углом, равным 5-30^o, секторные боковины 5 и цилиндрическая поверхность 6 сопряжены радиусом, равным r = (0,01-0,2)R, где R - радиус цилиндрической поверхности 6 ковша 1.

Водозагрузочное устройство содержит также водовод с приемным патрубком 9 и выходным 10, последний соединен с баком 11 для воды.

Входное отверстие 12 приемного патрубка водовода 9 по периметру перекрывает проекцию ковша 1 на плоскости этого отверстия при параллельности плоскостей 12 и 13.

Приемный патрубок водовода 9 на участке захода в него ковша (в убранном положении) имеет прямоугольную форму 14, плавно переходящую в цилиндрическую.

Выходное отверстие 15 патрубка водовода 9 равно входному отверстию выходного отверстия патрубка водовода 10. Входное и выходное отверстия патрубка водовода 10 сопряжены дугой с радиусом в 1,5-2 раза больше радиуса цилиндрической поверхности 6 ковша 1. Площадь поперечного сечения выходного отверстия 15 приемного патрубка водовода 9 в 1,4 - 2,45 раза превышает площадь поперечного сечения струи из выходной части 13 ковша 1.

В выпущенном положении водозаборника ковш 1 развернут на оси 3 вращения так, что плоскость, проходящая через ось и переднюю кромку цилиндрической поверхности 6 ковша 1 составляет угол (γ + 2)^o с вертикалью самолета, а в убранном положении ковш 1 развернут так, что плоскость, проходящая через ось и переднюю кромку цилиндрической поверхности 6 ковша 1 составляет угол с вертикальной осью самолета меньше 90^o - (γ + 2)^o.

Одна из секторных боковин 3 ковша 1 имеет ось 16 для соединения ковша 1 с механизмом перемещения, фиксирующим его в двух крайних положениях (в выпущенном и убранном) под углом к вертикальной оси самолета, включающим размещенный в гермоотсеке 17 цилиндр 18, соединенный через шарнир 19 и рычаг 20 срезным элементом 21 с промежуточной осью 22, проходящей через герметичный подшипник 23 в приемный патрубок 9 водовода, второй рычаг 24 жестко закреплен на промежуточной оси 22, шарнирно связанной с тягой 25, которая шарнирно соединена с секторной боковиной 5 ковша 1.

Рычаг 20 шарнирно соединен со штоком 26 гидроцилиндра 18, рычаг 24 шарнирно соединен с тягой 25, закрепленной на оси 16 секторной боковины 3 ковша 1.

На цилиндрической части рычага 20 надета накидная втулка 27, которая предотвращает непроизвольное выпадение срезного элемента 21, накидная втулка 27 и выпрессовочное устройство 28 закреплены на рычаге 20 винтом 29 и ручкой 30 в гнезде 31.

На рычаге 20 закреплена шарнирно серьга 32, к которой одним концом крепятся две спаренные пружины растяжения 33, а другим концом удерживаются через аналогичную серьгу 32 кронштейном 34.

Заявленное водозагрузочное устройство работает следующим образом. Загрузка бака 11 водой осуществляется при режиме глиссирования самолета. Перед посадкой гидросамолета, или при выходе его на режим глиссирования, шток 26 гидроцилиндра 18 выдвигается до предела, и ковш 1 водозаборника через рычаги качалки 20, 24, шарнир 19 и тягу 25 проворачивается на оси 3 и опускается из положения, показанного на фиг. 1 пунктиром, в крайнее положение, при котором плоскость выходной части 13 ковша 1 становится параллельной нижней кромке редана 2. Ковш 1 входит в послереданный след в воду, забирает ее в виде струи, сформированной передней кромкой 8 секторных боковин 5 ковша 1 и его цилиндрической поверхностью 6. Сопряжение секторных боковин 5 с цилиндрической поверхностью 6 с закруглением радиусом, равным (0,01-0,2) R, где R - радиус цилиндрической поверхности 6 и внутреннее заострение передней кромки с углом 5-30^o обеспечивает снижение потерь на трение и на кавитацию до минимума. Вода под напором в виде свободной струи направляется через выходное отверстие 13 ковша 1 в приемный 9 патрубок водовода и из него в выходной 10 патрубок водовода. Реактивная струя подается в бак 11. После заполнения водой бака 11 шток 26 гидроцилиндра 18 полностью втягивается под действием спаренных пружин 33 и ковш 1 через рычаги 20 и 24 качалки и тягу 25 разворачивается вокруг оси 3 и устанавливается в положение, изображенное на фиг. 1 пунктиром, т. е. убирается в приемный 9 патрубок водовода и не оказывает влияния на гидродинамические характеристики самолета.

В случае заклинивания гидроцилиндра 18 его необходимо отсоединить от промежуточной оси 22, что позволит спаренным пружинам 33 убрать ковш 1 в приемный 9 патрубок водовода.

При столкновении ковша 1 в рабочем положении с плавающими предметами, например деревом, благодаря тому что передняя кромка секторных боковин 5 ковша 1 размещена под углом (5-60)^o, происходит снижение силы удара и притопление плавающего предмета. Сила удара передается через ось 16, тягу 25, рычаг 24, промежуточную ось 22, срезной элемент 21, рычаг 20 и шток 26 гидроцилиндра 18 и демпфируется. Если сила удара превысит критическое значение, срезной элемент 21 разрушится и ковш 1 развернется вокруг оси 3, выходя из контакта с плавающим предметом. Этим предотвращается его разрушение. Так как срезной элемент 21 расположен в гермоотсеке 17, который имеет свободный доступ, его замена может быть произведена на плаву, что дает возможность продолжить работу по тушению пожара без возвращения на базовый аэродром для ремонта. Замена срезного элемента 21 производится при помощи выпрессовочного устройства 28. Для чего ручкой 30 откручивается винт 29 и перемещается до совмещения с отверстием расположения срезного элемента, предварительно совместив его с отверстием на промежуточной оси 22. При закручивании винта 29 происходит выталкивание остатков срезного элемента 21, после чего снимается накидная втулка 27 и вставляется новый срезной элемент с последующей фиксацией накидной втулки 27 винтом 29 в гнезде 31.

В сравнении с прототипом заявленное водозагрузочное устройство противопожарного самолета имеет следующие преимущества.

Наличие заострения на внутренней стороне передних поверхностей секторных боковин 5 и цилиндрической поверхности 6, а также сопряжение секторных боковин 5 и цилиндрической поверхности 6 ковша 1 с закруглением и выполнения их в оптимальных размерах, позволяет значительно снизить лобовое сопротивление ковша 1 и потери на формирование водозаборной струи.

Размещение передней кромки секторных боковин 5 под углом (5-60)^o к вертикали значительно снижает силу удара на ковш 1 при столкновении с плавающими предметами, а наличие срезного элемента, заключенного в накидную втулку 27 предотвращает разрушение ковша 1.

Размещение гидроцилиндра 19 со штоком 26 и выпрессовочного устройства 28 в гермоотсеке 17 позволяет оперативно восстановить работоспособность механизма перемещения водозаборника, а наличие спаренных пружин 33 позволяет произвести уборку ковша 1 в аварийной ситуации, например, при заклинивании гидроцилиндра 18 или разрушении одной из пружин 33, что повышает надежность уборки ковша 1.

Таким образом, в результате использования заявленного устройства повышается интенсивность забора воды и повышается живучесть водозагрузочного устройства за счет предупреждения разрушения водозаборника, т.е. достигается улучшение эксплуатационных характеристик водозагрузочного устройства.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к устройствам для заправки баков на противопожарных гидросамолетах. Устройство содержит размещенный в теневой зоне за реданом параллельно нижней кромке последнего водозаборник, выполненный в виде ковша, образованного цилиндрической поверхностью и двумя секторными боковинами. Передняя кромка секторных боковин и цилиндрическая поверхность ковша выполнены с заострениями, а водовод - с приемным и выходным патрубками. Предусмотрен механизм перемещения водозаборника, фиксирующий его в выпущенном и убранном положениях, включающий размещенный в гермоотсеке гидроцилиндр, соединенный срезным элементом через рычаг качалки с промежуточной осью, размещенной в приемном патрубке водовода. Второй рычаг жестко закреплен на оси, шарнирно связанной с тягой, которая шарнирно соединена с секторной боковиной ковша. Механизм снабжен спаренными пружинами растяжения, установленными на рычаге качалки, и накидной втулкой, в которую заключен срезной элемент и на которую установлено выпрессовочное устройство срезного элемента. Изобретение направлено на повышение интенсивности забора воды за счет снижения потерь на формирование водозаборной струи. 6 ил.

Водозагрузочное устройство противопожарного самолета, содержащее размещенный в теневой зоне за реданом параллельно нижней кромке последнего водозаборник с сопряженными дугой не менее 90° входным и выходным отверстиями, выполненный в виде ковша с осью вращения, образованного цилиндрической поверхностью и двумя секторными боковинами, сопряженными между собой по радиусу, передняя кромка секторных боковин ковша расположена под углом к плоскости, проходящей через ось и переднюю кромку цилиндрической поверхности ковша, при этом передняя кромка секторных боковин и цилиндрическая поверхность ковша выполнены с заострениями, водовод с приемным и выходным патрубками, причем поперечное сечение выходного отверстия приемного патрубка больше площади поперечного сечения струи из выходного отверстия водозаборника, и механизм перемещения водозаборника, фиксирующий его в двух крайних положениях (в выпущенном и убранном) под углом к вертикальной оси самолета и включающий размещенный в гермоотсеке гидроцилиндр, соединенный срезным элементом через рычаг качалки с промежуточной осью, размещенной в приемном патрубке водовода, второй рычаг, жестко закрепленный на указанной оси, шарнирно связанный с тягой, которая шарнирно соединена с секторной боковиной ковша, отличающееся тем, что ось вращения ковша жестко установлена параллельно нижней кромке редана под углом 1 - 4^o к вертикальной поперечной плоскости самолета, механизм перемещения водозаборника снабжен спаренными пружинами растяжения, установленными на рычаге качалки, и накидной втулкой, в которую заключен срезной элемент и на которую установлено выпрессовочное устройство срезного элемента, одновременно фиксирующее накидную втулку на промежуточной оси, секторные боковины имеют дугу (90° + γ° ± 2°), где γ° - угол продольной килеватости днища носовой части в области редана, угол между передней кромкой секторных боковин ковша с плоскостью, проходящей через ось и переднюю кромку цилиндрической поверхности ковша, равен 5 - 60°, заострения передней кромки секторных боковин и цилиндрической поверхности ковша выполнены с внутренней стороны указанных элементов с углом, равным 5 - 30°, радиус сопряжения секторных боковин и цилиндрической поверхности ковша равен (0,01 - 0,2)R, где R - радиус цилиндрической поверхности ковша, площадь поперечного сечения выходного отверстия приемного патрубка водовода в 1,4 - 2,45 раза больше площади поперечного сечения струи из выходного отверстия ковша, при этом приемный патрубок водовода на участке захода ковша и убранном положении выполнен прямоугольной формы, плавно переходящей в цилиндрическую, в выпущенном положении ковш развернут на оси вращения так, что плоскость, проходящая через ось и переднюю кромку цилиндрической поверхности ковша, составляет угол (γ + 2)° с вертикалью самолета, а в убранном положении ковш размещен так, что плоскость, проходящая через ось и переднюю кромку цилиндрической поверхности ковша составляет угол с вертикальной осью самолета меньше 90° - (γ + 2)°.