УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТА Российский патент 2005 года по МПК B66F3/24 B66F3/35 B66B9/04 

Изобретение может быть использовано в устройствах для перемещения объектов, вывода объекта, в том числе больших габаритов и масс, из летательного аппарата, катапультирования, а также для погрузочно-разгрузочных работ и выталкивания подводных снарядов из ПУ кораблей МФ.

Известен парашют, у которого его купол укладывается складками компактно по длине (а.с. СССР №184153, В 64 D 17/76, 1966).

Для обеспечения возможности перемещения объектов парашютом в свободном пространстве из упаковки вытягивается уложенная оболочка усилием от управляющего парашюта сразу по всей ее длине, а затем она раскрывается скачкообразно по всей площади периметра воздействием внешнего неуправляемого потока воздуха, на которой создается постоянное усилие для перемещения объекта.

Использование этого устройства в условиях, ограниченных замкнутой направляющей, имеет следующие существенные недостатки:

- в ограниченном пространстве компактно уложенная оболочка рукавного типа находится в минимальном объеме исходного положения устройства между объектом и источником сжатого газа, после чего оболочка освобождается от упаковки и в нее подается сжатый газ; под давлением оболочка стремится распрямиться по длине и периметру, но это происходит хаотично, со скачками, следствием чего получится неустановившееся, нерегламентированное усилие и соответственно нерегламентированная скорость перемещения объекта, ведущие к аварийным ситуациям как в самом процессе, так и в устройствах, где осуществляется этот процесс;

- происходит быстрый износ оболочки рукавного типа и преждевременный выход ее из строя, что приводит к увеличению стоимости эксплуатации таких устройств;

- заметно снижается безопасность, надежность и долговечность.

Известно устройство для вертикального перемещения объектов (грузов), при которых сжатый воздух подается в компактно собранные упругие оболочки с уменьшением длины силового элемента в продольном направлении, заставляя их раздвигаться в осевом направлении, тем самым поднимая объект (а.с. СССР №1627503, 5 В 66 F 3/24, 3/35, 1991).

Устройство для вертикального перемещения объекта (груза) по этому техническому решению состоит из силового элемента, собранного из нескольких последовательно соединенных оболочек и направляющих, по которым сжатый газ поступает в оболочки, заставляя их растягиваться, тем самым совершая работу по перемещению объекта.

Количество упругих оболочек, собранных в одном силовом элементе, определяет высоту подъема объекта.

Приведенное устройство имеет следующие недостатки:

- упругая оболочка работает на растяжение, а не раскладывается, поэтому имеет ограниченный ход для перемещения объектов, тем самым сужая область применения, особенно для перемещения тяжелых протяженных объектов;

- компактность оболочки с большим соотношением начального и конечного по длине объемов не может быть достигнута, что ограничивает области использования, в том числе в летательных аппаратах;

- ограничение по скорости и времени процесса перемещения, что ограничивает область использования;

- истирание и изнашивание материала оболочки по многочисленным местам крепления и ограничительного пояса сокращают количество рабочих циклов, уменьшают безопасность и надежность.

Известно устройство для перемещения (отделения) объекта (полезной нагрузки) от летательного аппарата (ЛА) гибкой оболочкой рукавного типа (гибкий шланг), сжимаемой пережимными роликами, которые, приходя во вращение, передвигают объект (а.с. СССР №1775989, 6 В 64 D 1/02, F 42 В 15/00, 1995).

Устройство для перемещения объекта по этому техническому решению состоит из гибкой оболочки рукавного типа (гибкий шланг), уложенной компактно с уменьшением длины в продольном направлении, спирально намотанной на катушку и зафиксированной от самораспускания путем охвата катушки снаружи кожухом и пережимных роликов.

Такие устройства имеют следующие недостатки:

- процесс перемещения пережимного ролика по гибкой оболочке (гибкому шлангу) и соответственно объекта по направляющей связан с передачей значительных усилий от гибкой оболочки к пережимному ролику, при которой гибкая оболочка подвергается радиальному растяжению, затем сжатию на участке окружности пережимного ролика, где создается усилие перемещения, направленное эксцентрично относительно оси вращения ролика, а также усилие от продольного расширения и силы трения, кроме того, гибкая оболочка рукавного типа одновременно подвергается истиранию боковых поверхностей при разматывании ее с катушки, которая снаружи охвачена кожухом, что подвергает рукав интенсивному изнашиванию и истиранию, приводящим к возникновению аварийности прохождения процесса;

- осуществление процесса перемещения объекта по замкнутой направляющей в связи с ограниченностью развития усилий и скорости для его перемещения (по способу) становится затруднительным, что приводит к снижению безопасности и надежности;

- размещение кронштейна с катушкой, с уложенной спирально оболочкой и пережимным роликом на объекте (полезной нагрузке) уменьшает его объем и повышает стоимость килограмма груза, выводимого в околоземное пространство.

Известен способ и устройство для перемещения (выталкивания) объекта (ракеты) из летательного аппарата, содержащий замкнутую направляющую (контейнер), в котором размещен объект и устройство для перемещения, состоящее из герметичной гибкой оболочки рукавного типа (воздушного мешка из гибкого материала), внутри которой находится источник высокого давления (узел из твердого топлива), а снаружи устанавливается насадка для ограничения угла по тангажу в процессе перемещения объекта по замкнутой направляющей (патент США №5279199, F 41 F 3/06, В 64 D 1/04, 1994).

Способ перемещения объектов заключается в следующем: в помещенную внутри замкнутой направляющей между передним ее концом по направлению движения ЛА и торцом объекта гибкую оболочку подают высокое давление от узла из твердого топлива, которая стремится занять объем замкнутой направляющей и создает усилие на объекте для перемещения.

Приведенные в вышеуказанном патенте способ и устройство для перемещения объекта не содержат необходимых сведений по функционированию гибкой оболочки, воздушного мешка из эластичного материала для перемещения, выталкивания объекта из замкнутой направляющей, что ставит под сомнение осуществление приведенного способа перемещения объекта по следующим причинам:

- несовместима работа оболочки (воздушного мешка) из полиэтилентерифталата даже с напылением из алюминия, с наполнением ее высокотемпературным газом от узла накачки из твердого топлива, разогретый материал оболочки под давлением будет иметь большую силу сопротивления относительно контейнера, что связано с разрывом материала при протягивании его через внутреннюю поверхность контейнера;

- неопределенное положение гибкой оболочки (воздушного мешка) и внутри него узла накачки из твердого топлива приводит к возможности оболочки быть прожженной, т.е. быть разгерметизированной, что делает невозможным перемещение объекта;

- нерегламентированность развертывания гибкой оболочки будет хаотично создавать усилия на объекте для его перемещения и ставит под сомнение полное ее развертывание, что соответственно уменьшит скорость и увеличит время выталкивания объекта из замкнутой направляющей;

- нерегламентированность развертывания гибкой оболочки и связанное с этим возникновение чрезвычайных ситуаций (аварий), снижение безопасности, надежности при перемещении объектов не допускает использование патента в обозначенных в нем рубриках - в ракетно-космической и авиационных отраслях, где к способам выхода объектов (ракет, спутников и т.п.) предъявляются жесткие требования по безопасности, безаварийности и надежности.

Известно устройство для выталкивания объектов, подводных снарядов, которое состоит из контейнера, в котором закреплен толкающий механизм, телескопических двухполостных толкателей, взаимодействующих с объектом, подводным снарядом (патент РФ №2076299, 6 F 41 F 3/10, 1997).

Устройство для выталкивания объекта по этому техническому решению работает следующим образом: после воспламенения твердотопливного газогенератора газы высокого давления поступают в оболочку, в полости телескопических толкателей, штоки которых, выдвигаясь, воздействуют на объект (снаряд) и сообщают ему ускоренное движение.

Приведенное в патенте устройство имеет следующие недостатки:

- использование в приведенном устройстве телескопических толкателей, конструктивно расположенных в одной диаметральной плоскости с объектом, ведет к увеличению диаметра и длины цилиндрического контейнера, что связано с увеличением его веса и соответственно стоимости;

- сложность передачи толкающих нагрузок на основание устройства от телескопических толкателей требует увеличенной площади взаимодействия (большого числа точек для передачи нагрузок) и массивной силовой конструкции основания устройства, что связано с увеличением веса конструкции и соответственно стоимости;

- большая трудоемкость изготовления телескопических толкателей, связанная с высокой точностью, чистотой поверхности, хромированием и др., ведет к увеличению стоимости изготовления и эксплуатации;

- применение высокотемпературных газов высокого давления с большими расходами для работы телескопических толкателей требует проведения большого объема ремонтно-восстановительных работ после каждого рабочего цикла по перемещению объекта, что снижает ресурс, надежность, безотказность и увеличивает стоимость эксплуатации;

- сами телескопические толкатели имеют большую массу в зависимости от давления, длины рабочего хода, устойчивости и др., что резко снижает области их использования, особенно в летательных аппаратах.

Известен подъемник, содержащий корпус с направляющей, охватывающей соединенную с источником давления гибкую цилиндрическую оболочку рукавного типа, первый конец которой соединен с корпусом, а второй пропущен через отверстие, ограниченное указанным первым концом, и направлен вниз от места крепления первого конца, в корпусе размещен приводной барабан, с которым соединен второй конец оболочки посредством гибкой тяги, а вся оболочка компактно намотана на барабан, в направляющей установлена грузовая платформа с ходовыми катками, опирающимися на гибкую оболочку (а.с. СССР №1114610, В 66 F 3/24, В 66 В 9/04, 1984).

Перемещение грузов (объектов) устройствами с оболочками рукавного типа заключается в следующем: в оболочку рукавного типа, намотанную на барабан, установленный внутри оболочки с возможностью его вращения совместно с намотанной оболочкой, компактно с уменьшением ее длины в продольном направлении подается рабочая среда, сжатый газ, под действием которой гибкая оболочка начинает сматываться с вращающегося при этом барабана и, выворачиваясь и изгибаясь, перемещается по направляющей, поднимая на себе грузовую платформу, при этом происходит вращение катков, на которых установлена платформа, и "перекатывание" по ним оболочки, что обеспечивает подъем платформы.

Такие устройства с оболочками рукавного типа имеют следующие основные недостатки:

- процесс сматывания с барабана, находящегося внутри оболочки, наполненной сжатым газом, гибкой (без растяжения - по определению) оболочки из хаотично-сплюснутого состояния в хаотично-развертывающееся состояние и проходящей под катками платформы, находящимися под действием силы тяжести объекта, приводит к неупорядоченному и неустановившемуся по усилию и скорости перемещению, связанному с ускоренным изнашиванием и истиранием оболочки, следствием чего будет неустановившееся нерегламентированное по усилию и скорости перемещение, ведущее к возникновению аварийности как самого процесса, так и устройств его реализации; кроме того, усилия и скорости перемещения объекта при эксплуатации будут ограничены;

- не обеспечивается горизонтальность грузовой платформы при проведении подъема объекта, т.к. гибкая оболочка не может направленно изменять усилия, скорость и длину перемещения по окружности оболочки в процессе перемещения объекта, что может привести к разрывам оболочки и авариям устройства;

- уменьшается надежность устройства;

- уменьшается безопасность эксплуатации;

- увеличивается аварийность процесса эксплуатации;

- повышается стоимость (цена) эксплуатации устройств, в которых используется этот способ для перемещения объектов.

Целью настоящего изобретения является создание устройства для перемещения объекта, обеспечивающего регламентированность условий проведения процесса перемещения объекта по заранее заданным усилию и скорости в расширенном диапазоне их регулирования, а также безаварийность, повышение безопасности, долговечности и надежности и уменьшение стоимости эксплуатации установок, в которых используется это устройство для перемещения объектов, путем создания камеры с изменяющимся пошагово объемом, состоящей из толкателя объекта, компактно уложенного складками с определенным шагом, и зафиксированного рукава, замкнутой направляющей с днищем.

Указанная цель по созданию устройства для перемещения объекта, в котором объект размещается внутри замкнутой направляющей, ограниченной днищем, достигается следующим образом.

Рукав, компактно уложенный складками с определенным шагом и зафиксированный с нарастающим усилием в направлении, обратном направлению движения объекта, с одного края узлом крепления герметично присоединен к замкнутой направляющей в районе днища, а с другого края другим узлом крепления герметично соединен с толкателем, заведенным в замкнутую направляющую и застопоренным в ней с возможностью перемещения вдоль замкнутой направляющей при подаче твердотопливным генератором газа в камеру изменяемого объема и дальнейшего совместного перемещения вместе с присоединенным к нему рукавом при пошаговой расфиксации складок с увеличением длины и объема камеры.

Днище при этом, соединенное, по крайней мере, с одним источником давления в виде твердотопливного генератора, герметично соединяется с замкнутой направляющей.

На днище снаружи также установлены емкости с охладителем продуктов сгорания твердотопливного генератора, находящиеся под давлением, превышающим давление газа в камере изменяемого пошагово объема после совершения рабочего хода по перемещению объекта.

Каждая из указанных емкостей соединена со своим соплом, установленным на днище внутри камеры изменяемого объема, сориентированным в направлении перемещения объекта и имеющим узкую диаграмму направленности распыления охладителя внутри камеры изменяемого объема.

Кроме того, на днище установлены два управляемых клапана аварийного сброса давления из камеры изменяемого объема, каждый со своей магистралью отвода газа в атмосферу.

Дополнительно днище соединено с двумя источниками давления, струи газа от которых направлены навстречу друг другу.

На днище установлены емкости с охладителем продуктов сгорания твердотопливного генератора, каждый из которых соединен со своим соплом.

Толкатель снабжен тормозным устройством и выполнен с контактной поверхностью с объектом только на менее половины периметра, расположенной ниже оси толкателя.

На нижней точке контактной поверхности толкателя установлен фиксатор объекта относительно толкателя во время перемещения объекта.

Емкости с охладителем продуктов сгорания твердотопливного генератора выполнены сегментами тора, каждый из которых соединен со своим соплом.

На фиг.1 изображено устройство для перемещения объекта в сборе; на фиг.2 изображен толкатель; на фиг.3 изображено днище видом со стороны камеры изменяемого объема; на фиг.4 изображено днище видом с внешней стороны устройства.

Предлагаемое устройство содержит рукав 1 фиг.1, компактно уложенный складками 2 с определенным шагом и зафиксированный с нарастающим усилием в направлении, обратном направлению движения объекта, с одного края узлом крепления 3 герметично присоединен к замкнутой направляющей 4 в районе днища 5, а с другого края другим узлом крепления 6 герметично соединен с толкателем 7, заведенным в замкнутую направляющую 4 и застопоренным 8 в ней с возможностью перемещения вдоль замкнутой направляющей 4 при подаче твердотопливным генератором 9 газа в камеру 10 изменяемого объема и дальнейшего совместного перемещения вместе с присоединенным к нему рукавом при пошаговой расфиксации складок 2 с увеличением длины и объема камеры 10.

Днище 5 при этом, соединенное, по крайней мере, с одним источником давления 9 в виде твердотопливного генератора, герметично соединяется с замкнутой направляющей 4.

На днище 5 снаружи также установлены емкости 20 с охладителем продуктов сгорания твердотопливного генератора 9, находящиеся под давлением, превышающим давление газа в камере 10 изменяемого пошагово объема после совершения рабочего хода по перемещению объекта.

Каждая из указанных емкостей 20 соединена со своим соплом 21, установленным на днище 5 внутри камеры 10 изменяемого объема, сориентированным в направлении перемещения объекта и имеющим узкую диаграмму направленности распыления охладителя внутри камеры 10 изменяемого объема.

Кроме того, на днище 5 установлены два управляемых клапана 18 аварийного сброса давления из камеры 10 изменяемого объема, каждый со своей магистралью 19 отвода газа в атмосферу.

Дополнительно днище 5 фиг.3 соединено с двумя источниками давления 9, струи газа от которых направлены навстречу друг другу.

На днище 5 установлены емкости 20 с охладителем продуктов сгорания твердотопливных генераторов, каждый из которых соединен со своим соплом 21.

Толкатель 7 фиг.2 снабжен тормозным устройством 23.

Толкатель 7 выполнен с контактной поверхностью 24 с объектом только на менее половины его периметра, лежащим ниже оси толкателя.

На нижней точке контактной поверхности толкателя установлен фиксатор 25 объекта относительно толкателя 7 во время перемещения объекта.

Емкости 20 фиг.4 с охладителем продуктов сгорания твердотопливных генераторов выполнены сегментами 26 тора, каждый из которых соединен со своим соплом 21.

Устройство работает следующим образом. В исходном положении камера 10 пошагово изменяющегося объема установлена в замкнутую направляющую 4, застопорена 8 на ней и наддута для предотвращения провисов и складывания компактно уложенного рукава 1.

Для перемещения объекта в камере 10 изменяемого пошагово объема создается давление газа для получения необходимого усилия по перемещению объекта на толкателе 7. В случае нерегламентированного нарастания давления в камере 10 и для ликвидации аварийных ситуаций на установке днище 5 снабжено двумя клапанами 18 аварийного сброса давления в атмосферу через магистрали 19 сброса.

Толкатель 7, осуществляя перемещение в направлении движения объекта, начинает регламентировано и пошагово расфиксировать складки 2 рукава 1, компактно уложенные и зафиксированные с нарастающим усилием в направлении, обратном направлению движения объекта, начиная с самой ближней от узла крепления края рукава 1 на толкателе 7, имеющей минимальную величину усилия расфиксации зафиксированных складок, при этом остальная часть компактно уложенного рукава 1 не перемещается.

В конце пути перемещения происходит торможение 23 толкателя 7 и безударное отделение от него объекта. Рабочий цикл по перемещению объекта проходит без раскупорки камеры 10 изменяемого объема. Раскупорка камеры 10 изменяемого объема производится после отделения объекта путевыми выключателям 16, установленными на толкателе 7, передается команда на открытие сопел 21 для подачи в камеру 10 изменяемого объема охладителя из емкостей 20, находящихся на днище 5 устройства, после чего происходит снижение температуры и давления газов в камере 10.

В качестве охладителей могут применяться кристаллогидраты, полиэтилен, фторопласт и другие органические материалы.

Далее производится сброс давления в атмосферу из камеры 10 изменяемого объема через управляемый клапан 14, установленный на толкателе 7.

Изобретение позволит создать камеру с изменяющимся пошагово объемом, обеспечивающую регламентированность условий прохождения процесса раскладки компактно уложенного рукава и перемещение объекта по заранее заданному алгоритму, включающему усилие, скорость, время и направление перемещения объекта.

Изобретение также позволит повысить безопасность, долговечность, надежность установок, в которых используется предлагаемое изобретение, а также уменьшить стоимость самих устройств и их эксплуатации.

Изобретение может быть использовано в устройствах для перемещения и вывода объектов разных габаритов и масс из летательного аппарата, катапультирования, погрузочно-разгрузочных работ, выталкивания подводных снарядов из пусковых установок морских кораблей. На базе компактно и упорядоченно уложенного гибкого рукава, замкнутой направляющей с днищем и толкателя, используемого в качестве движителя, создают камеру изменяемого объема, обеспечивающую перемещение объекта по заранее заданным усилию и скорости. Рукав уложен складками, зафиксированными с нарастающим усилием пошаговой расфиксации в направлении, обратном направлению движения объекта. Рукав герметично присоединен к направляющей в районе днища и к толкателю, застопоренному на направляющей, а днище, соединенное с источником давления, герметично соединено с направляющей, образуя камеру изменяемого пошагово объема, в которую затем подается газ под давлением. Толкатель при перемещении пошагово расфиксирует, начиная с ближайшей к нему, складки рукава, при этом с увеличением объема камеры остальная часть рукава не перемещается. Рабочий цикл по перемещению объекта происходит без раскупорки камеры изменяемого объема. Снаружи на днище установлены емкости с соплами для подачи в камеру охладителя продуктов сгорания твердотопливных генераторов под давлением, превышающим давление газа в камере. Сопла сориентированы в направлении перемещения объекта и имеют узкую диаграмму направленности распыления охладителя. Изобретение позволяет обеспечить безаварийность, повысить безопасность, долговечность и надежность работы устройства. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для перемещения объекта, содержащее замкнутую направляющую с днищем, внутри которой помещена компактно уложенная в продольном направлении гибкая оболочка рукавного типа, образующая вместе с днищем камеру изменяемого объема для осуществления перемещения объекта путем раскладки оболочки по длине в направлении перемещения объекта при создании в этой камере давления, отличающееся тем, что рукав компактно уложен складками с определенным шагом и зафиксирован с нарастающим усилием пошаговой расфиксации в направлении, обратном направлению движения объекта, с одного края рукав узлом крепления герметично присоединен к замкнутой направляющей в районе днища, а с другого края другим узлом крепления рукав герметично соединен с толкателем, заведенным в замкнутую направляющую и застопоренным в ней с возможностью перемещения вдоль замкнутой направляющей при подаче твердотопливным генератором газа в камеру изменяемого объема и дальнейшего совместного перемещения вместе с присоединенным к нему рукавом при пошаговой расфиксиксации складок с увеличением длины и объема камеры, при этом днище, соединенное, по крайней мере, с одним источником давления в виде твердотопливного генератора, герметично соединяется с замкнутой направляющей, на нем снаружи также установлены емкости с охладителем продуктов сгорания твердотопливного генератора, находящиеся под давлением, превышающим давление газа в камере изменяемого пошагово объема после совершения рабочего хода по перемещению объекта, причем каждая из указанных емкостей соединена со своим соплом, установленным на днище внутри камеры изменяемого объема, сориентированным в направлении перемещения объекта и имеющим узкую диаграмму направленности распыления охладителя внутри камеры изменяемого объема.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на днище установлены два управляемых клапана аварийного сброса давления из камеры изменяемого объема, каждый со своей магистралью отвода газа в атмосферу.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что днище соединено с двумя источниками давления, струи газа от которых направлены навстречу друг другу.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толкатель снабжен тормозным устройством.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что толкатель выполнен с контактной поверхностью с объектом только на менее половины периметра, расположенной ниже оси толкателя.6. Устройство п.5, отличающееся тем, что на нижней точке контактной поверхности толкателя установлен фиксатор объекта относительно толкателя во время перемещения объекта.7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что емкости с охладителем продуктов сгорания твердотопливного генератора выполнены в виде шарбаллонов, каждый из которых соединен со своим соплом.8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что емкости с охладителем продуктов сгорания твердотопливных генераторов выполнены сегментами тора, каждый из которых соединен со своим соплом.