ГАЗОРЕАКТИВНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2004 года по МПК F02K9/80 

Изобретение относится к системе управления летательными аппаратами, а именно к газореактивным системам, и может быть использовано для управления ракетами и реактивными снарядами.

Для управления летательными аппаратами широкое применение получили газореактивные системы, использующие сжатый газ для создания управляющих усилий (см., например, Беляев Н.М., Уваров Е.И. Расчет и проектирование реактивных систем управления космических летательных аппаратов. -М.: Машиностроение, 1974). Такие системы чрезвычайно просты и содержат газораспределитель электромеханического типа. Недостатком таких газореактивных систем является то, что они развивают малые управляющие усилия (до 50 Н), так как газораспределитель электромеханического типа имеет малые проходные сечения.

Таким образом, задачей данного технического решения являлась разработка газореактивных систем для летательных аппаратов, которым не требуется большое управляющее усилие.

Общим признаком с предлагаемым авторами устройством является наличие источника сжатого газа, исполнительных газореактивных устройств, газораспределителя электромеханического типа.

Указанного недостатка лишена газореактивная система управления летательным аппаратом, описанная в патенте РФ №2089451. Она является наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому газораспределительному устройству и принята за прототип. Эта система содержит источник сжатого газа, исполнительные газореактивные устройства, газораспределитель электромеханического типа и силовой цилиндр с поршнем, взаимодействующим с поворотным клапаном, расположенным в канале управления.

В известной системе расход распределяемого газа увеличен за счет введения второго каскада усиления, однако клапан при повороте неплотно перекрывает каналы, что приводит к утечке газа и появлению противотяги, которая уменьшает управляющее усилие системы, а отсутствие шарнирного соединения между поршнем и клапаном часто приводит к отказу.

Таким образом, задачей известной газодинамической системы являлось увеличение управляющего усилия за счет введения второго каскада усиления для распределения газа.

Общими признаками с предлагаемой авторами газореактивной системой является наличие источника сжатого газа, исполнительных газореактивных устройств, газораспределителя электромеханического типа и силового цилиндра с поршнем, взаимодействующим с поворотным клапаном, расположенным в канале управления.

В отличие от прототипа в предлагаемой авторами газореактивной системе в поршне выполнено цилиндрическое отверстие, проходящее через центр поршня перпендикулярно его продольной оси, в котором размещен сферический хвостовик поворотного клапана, рабочие поверхности клапана выполнены цилиндрическими, при этом их диаметры равны диаметру канала управления, а оси наклонены к продольной оси клапана под углом, определяемым по формуле:

где α - угол наклона осей вращения цилиндрических поверхностей поворотного клапана к его продольной оси;

Х - удвоенный ход поршня из нейтрального положения до закрытия клапана;

l - расстояние между осью вращения поворотного клапана и центром его сферического хвостовика.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа, и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, во всех случаях достаточны.

Задачей определяемого изобретения является создание газореактивной системы управления летательным аппаратом, имеющую высокую надежность и обеспечивающую минимальные потери управляющего усилия из-за противотяги.

Дополнительное снабжение поршня центральным цилиндрическим отверстием, ось которого перпендикулярна продольной оси поршня, и выполнение сферического хвостовика клапана обеспечивает шарнирное соединение поршня с клапаном, повышая тем самым надежность работы устройства.

Выполнение другого конца клапана в виде двух цилиндрических поверхностей, диаметры которых равны диаметру канала управления, а наклон их осей вращения к продольной оси поворотного клапана под углом, определяемым по формуле:

где α - угол наклона осей вращения цилиндрических поверхностей поворотного клапана к его продольной оси;

Х - удвоенный ход поршня из нейтрального положения до закрытия клапана;

l - расстояние между осью вращения поворотного клапана и центром его сферического хвостовика, позволяет обеспечить надежное перекрытие каналов, исключив тем самым утечку газа.

Сравнение известных газореактивных систем с предлагаемой показало, что существенные признаки, отличающие ее от прототипа (выполнение цилиндрического отверстия в поршне, сферического хвостовика и двух цилиндрических рабочих поверхностей поворотного клапана, расположение и взаимосвязь всех элементов между собой), неизвестны, т.е. предлагаемое устройство обладает неизвестной совокупностью признаков.

Сущность изобретения заключается в том, что в газореактивной системе управления, содержащей источник сжатого газа, исполнительные газореактивные устройства, газораспределитель электромеханического типа и силовой цилиндр с поршнем, взаимодействующим с поворотным клапаном, расположенным в канале управления, в поршне выполнено цилиндрическое отверстие, проходящее через центр поршня перпендикулярно его продольной оси, в котором размещен сферический хвостовик поворотного клапана, рабочие поверхности клапана выполнены цилиндрическими, при этом их диаметры равны диаметру канала управления, а оси наклонены к продольной оси клапана под углом, определяемым по формуле:

где α - угол наклона осей вращения цилиндрических поверхностей поворотного клапана к его продольной оси;

Х - удвоенный ход поршня из нейтрального положения до закрытия клапана;

l - расстояние между осью вращения поворотного клапана и центром его сферического хвостовика.

На фигуре 1 изображена предлагаемая газореактивная система; на фигуре 2 - поворотный клапан.

Газореактивная система содержит источник сжатого газа 1, исполнительные газореактивные устройства 2 и 3, газораспределитель электромеханического типа 4, силовой цилиндр 5, поворотный клапан 6, расположенный в канале управления 7.

Газораспределитель 4 содержит каналы 8 и 9, катушки 10 и 11, полюса 12 и 13, якорь 14.

Силовой цилиндр 5 содержит поршень 15, в котором выполнено отверстие 16, и запоршневые полости 17 и 18, связанные с каналом управления 7 каналами 19 и 20.

Поворотный клапан 6 содержит сферический хвостовик 21, рабочие поверхности 22 и 23 и вращается на оси 24. Рабочая поверхность 22 имеет ось 25, а поверхность 23 - ось 26. Эти оси наклонены к продольной оси 27 клапана 6 под углом α.

Канал управления 7 связан с исполнительными газореактивными устройствами 2 и 3 каналами 28 и 29.

Газореактивная система работает следующим образом.

Газ от источника 1 подается в исполнительные устройства 2 и 3 и в канал управления 7.

При подаче напряжения на одну из катушек, например 10, якорь 14 притягивается к полюсу 12, поворачиваясь по часовой стрелке, открывает канал 8 и закрывает канал 9. При этом давление в полости 17 повышается, а в полости 18 понижается, и поршень 15 под действием перепада давлений начинает перемещаться вправо, поворачивая клапан 6, который своей цилиндрической поверхностью 23 закрывает доступ газа из канала 7 в канал 29, оставляя открытым канал 28. Таким образом, газ из канала управления 7 поступает в исполнительное устройство 2, которое при этом закрывается, то есть его тяга обнуляется, а исполнительное устройство 3 открывается, создавая тягу.

При снятии напряжения с катушки 10 и подаче его на катушку 11 якорь 14, притягивается к полюсу 13, поворачиваясь против часовой стрелки, закрывает канал 8 и открывает канал 9. При этом давление в полости 17 понижается, а в полости 18 повышается, и поршень 15 начинает перемещаться влево, поворачивая против часовой стрелки клапан 6. В этом случае доступ газа из канала 7 в канал 29 открывается, а канал 28 закрывается цилиндрической поверхностью 22, в результате этого газ из канала управления 7 поступает в исполнительное устройство 3, которое при этом закрывается, то есть его тяга обнуляется, а исполнительное устройство 2 открывается, создавая тягу в противоположном направлении.

При всех перемещениях поршня 15 сферический хвостовик 21 клапана 6 свободно перемещается в отверстии 16, поверхности 22 и 23 плотно перекрывают каналы 28 и 29.

Выполнение шарнирного соединения между поршнем и клапаном и двух цилиндрических поверхностей, диаметры которых равны диаметру входного канала, а оси наклонены к продольной оси клапана под углом, определяемым по предложенной математической зависимости, обеспечивает высокую надежность работы и полное попеременное перекрытие каналов, что исключает перетекание газа из канала управления в пассивный канал, соединяющий его с исполнительным газореактивным устройством.

По предлагаемому изобретению разработана конструкторская документация, изготовлены опытные образцы, которые прошли все виды испытаний с положительным результатом.

В настоящее время предлагаемая газореактивная система управления применена в снаряде одного из комплексов реактивных систем залпового огня.

Газореактивная система управления ракет и реактивных снарядов содержит источник сжатого газа, исполнительные газореактивные устройства, газораспределитель электромеханического типа и силовой цилиндр с поршнем, взаимодействующим с поворотным клапаном, расположенным в канале управления. В поршне выполнено цилиндрическое отверстие, проходящее через центр поршня перпендикулярно его продольной оси, в котором размещен сферический хвостовик поворотного клапана. Рабочие поверхности клапана выполнены цилиндрическими. Диаметры рабочих поверхностей клапана равны диаметру канала управления, а оси наклонены к продольной оси клапана под углом. Изобретение позволит повысить надёжность газореактивной системы управления и обеспечить минимальные потери управляющего усилия из-за противотяги. 2 ил.

Газореактивная система управления, содержащая источник сжатого газа, исполнительные газореактивные устройства, газораспределитель электромеханического типа и силовой цилиндр с поршнем, взаимодействующим с поворотным клапаном, расположенным в канале управления, отличающаяся тем, что в поршне выполнено цилиндрическое отверстие, проходящее через центр поршня перпендикулярно его продольной оси, в котором размещен сферический хвостовик поворотного клапана, рабочие поверхности клапана выполнены цилиндрическими, при этом их диаметры равны диаметру канала управления, а оси наклонены к продольной оси клапана под углом, определяемым по формуле

где α - угол наклона осей вращения цилиндрических поверхностей поворотного клапана к его продольной оси;

Х - удвоенный ход поршня из нейтрального положения до закрытия клапана;

l - расстояние между осью вращения поворотного клапана и центром его сферического хвостовика.