СПОСОБ ВЗЛЕТА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С КАТАПУЛЬТЫ И КАТАПУЛЬТА ДЛЯ ВЗЛЕТА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2009 года по МПК B64F1/06 

Изобретение относится к области авиационной техники, более конкретно к способам и устройствам для взлета летательных аппаратов, преимущественно малоразмерных беспилотных.

Для взлета малоразмерных беспилотных летательных аппаратов широко используются пусковые устройства типа катапульты, позволяющие обеспечить быстрый и эффективный взлет указанных летательных аппаратов с силовой установкой сравнительно небольшой мощности.

Известные способы взлета малоразмерных беспилотных летательных аппаратов с катапульты, оборудованной тележкой, перемещаемой по направляющим катапульты разгонным устройством (см. Исследования способов пуска дистанционно пилотируемых летательных аппаратов (перевод с английского Травкиной Л.П., Чубченко Е.Г.), ОНТИ МАИ, 1983; Испытание новой пусковой установки для ДПЛА. RAE trials of RPV launchers// Jane's deference weekly. - 1985, - v.3. - № 19; Журнал Aero Digest, December 1931; патентная заявка Великобритании № 2132577), в целом могут быть охарактеризованы следующим образом. Перед запуском с помощью стыковочного устройства летательный аппарат присоединяют к тележке, расположенной на катапульте в стартовом положении, а после ее разгона разгонным устройством до требуемой скорости летательный аппарат отсоединяют от тележки, а тележку тормозят.

Общим недостатком таких способов является недостаточная надежность взлета летательного аппарата, обусловленная возможностью его контакта с элементами катапульты и тележки, возникающей в результате их взаимного относительного движения на близком расстоянии друг от друга.

Известны устройства для взлета малоразмерных беспилотных летательных аппаратов.

Известные устройства для взлета малоразмерных беспилотных летательных аппаратов в виде катапульты, оборудованной тележкой, перемещаемой по направляющим катапульты разгонным устройством (см. Исследования способов пуска дистанционно пилотируемых летательных аппаратов (перевод с английского Травкиной Л.П., Чубченко Е.Г.), ОНТИ МАИ, 1983. Испытание новой пусковой установки для ДПЛА. RAE trials of RPV launchers// Jane's deference weekly. - 1985, - v.3. - № 19; Журнал Aero Digest, December 1931; патентная заявка Великобритании № 2132577), в целом могут быть охарактеризованы следующим образом.

В состав катапульты входят разгонная тележка, разгонное и тормозное устройства. После разгона тележки разгонным устройством до требуемой скорости летательный аппарат отсоединяют от тележки, а тележку тормозят.

Общим недостатком таких катапультных устройств является недостаточная надежность взлета летательного аппарата, обусловленная возможностью его контакта с элементами катапульты и тележки, возникающей в результате их взаимного относительного движения на близком расстоянии друг от друга.

Наиболее близким к предлагаемому способу является известный способ взлета летательного аппарата с катапульты (см. патент Великобритании № 1473089, B64F 1/06, 1977), в соответствии с которым летательный аппарат с помощью узла стыковки соединяют с метательным устройством катапульты, фиксируют в исходных положениях метательное устройство катапульты, направляющее устройства катапульты и летательный аппарат относительно метательного устройства катапульты, после этого освобождают метательное и направляющее устройства катапульты от фиксации и посредством воздействия метательного устройства катапульты за счет энергии ее привода летательный аппарат подбрасывают вверх, одновременно с этим разъединяют узел стыковки и отделяют летательный аппарат от метательного устройства катапульты, после чего метательное устройство катапульты тормозят ее тормозным устройством.

Недостаток этого известного способа состоит в том, что для обеспечения требуемой скорости взлета летательного аппарата при его метании требуется большая мощность метательного устройства катапульты. Недостаточный скоростной напор воздуха, обусловленный невысокой скоростью продольного перемещения летательного аппарата, не позволяет использовать создаваемые им аэродинамические силы для ускорения подъема летательного аппарата и управления его положением относительно тележки при их расстыковке и разделении, что может приводить к касанию хвостовой части летательного аппарата и метательного устройства катапульты и в результате к поломке летательного аппарата.

Кроме того, недостаточная вертикальная и горизонтальная скорость летательного аппарата увеличивает время удаления летательного аппарата от катапульты, что увеличивает длину взлетной дистанции, а также повышает вероятность его контакта с катапультой при взлете и тем самым уменьшает надежность взлета.

Наиболее близкой к предлагаемой катапульте является известная катапульта для взлета летательного аппарата (см. патент Великобритании № 1473089, B64F 1/06, 1977), содержащая направляющее, разгонное и тормозное устройства, метательное устройство, выполненное в виде параллелограмного механизма, имеющего верхнее основание, снабженное узлом стыковки с летательным аппаратом, и нижнее основание, шарнирно соединенные между собой опорами.

Недостаток этой известной катапульты состоит в том, что для обеспечения требуемой скорости взлета летательного аппарата при его метании требуется большая мощность метательного устройства. Недостаточный скоростной напор воздуха, обусловленный невысокой скоростью продольного перемещения летательного аппарата, не позволяет использовать создаваемые им аэродинамические силы для ускорения подъема летательного аппарата и управления его положением относительно метательного устройства при их расстыковке и разделении. Это может приводить к касанию хвостовой части летательного аппарата и катапульты и в результате - к поломке летательного аппарата.

Кроме того, невысокие вертикальная и горизонтальная скорости летательного аппарата относительно направляющих катапульты приводят к росту времени его удаления от катапульты после отделения тележки, что увеличивает длину взлетной дистанции, а также повышает вероятность его контакта с катапультой при взлете и тем самым уменьшает надежность взлета.

Предлагаемыми изобретениями решается задача получения технического результата, заключающегося в уменьшении мощности метательного устройства катапульты, сокращении длины взлетной дистанции и повышении надежности взлета летательного аппарата путем упрощения его отделения от тележки и предотвращения последующего контакта с катапультой и тележкой.

Для получения такого технического результата в предлагаемом способе перед пуском летательный аппарат с помощью узла стыковки соединяют с метательным устройством тележки и фиксируют в стартовом положении тележку с летательным аппаратом и метательное устройство. После этого посредством воздействия разгонного устройства катапульты освобождают тележку и метательное устройство от фиксации и разгоняют тележку вдоль направляющего устройства катапульты до скорости взлета летательного аппарата, затем тормозят тележку тормозным устройством катапульты. При этом в начале этапа торможения летательный аппарат за счет энергии его движения по инерции подбрасывают вверх метательным устройством тележки, одновременно с этим разъединяют узел стыковки и отделяют летательный аппарат от метательного устройства тележки.

Отличительные признаки предлагаемого способа состоят в том, что освобождают тележку и метательное устройство от фиксации и разгоняют тележку вдоль направляющего устройства катапульты до скорости взлета летательного аппарата, а в начале этапа торможения летательный аппарат за счет энергии его движения по инерции подбрасывают вверх метательным устройством тележки.

Более продолжительный по сравнению с метанием разгон тележки с летательным аппаратом вдоль направляющих катапульты до скорости его отрыва обеспечивает запас кинетической энергии, достаточный для выполнения метания летательного аппарата под требуемым углом к горизонту за счет сил инерции, что позволяет значительно уменьшить мощность используемого разгонного средства.

Подброс летательного аппарата метательным устройством тележки за счет использования запаса кинетической энергии прикрепленного к тележке летательного аппарата, которую он получает при разгоне тележки вдоль направляющего устройства катапульты, позволяет уменьшить мощность метательного устройства катапульты, сокращает длину взлетной дистанции и повышает надежность взлета летательного аппарата.

Перемещение летательного аппарата относительно тележки при их расстыковке и разделении в соответствии с предлагаемым способом происходит в вертикальной плоскости под углом к направляющим катапульты, что увеличивает расстояние между летательным аппаратом и узлом стыковки и тем самым устраняет возможность касания хвостовой части летательного аппарата и узла стыковки, расположенного на тележке. Это позволяет избежать поломки летательного аппарата. Кроме того, большее значение вертикальной скорости летательного аппарата относительно направляющих катапульты сокращает время удаления летательного аппарата от катапульты после отделения тележки, что сокращает длину взлетной дистанции, а также уменьшает вероятность его контакта с катапультой при взлете и тем самым повышает надежность взлета.

В предлагаемом способе также могут быть осуществлены следующие действия.

1. Для отделения летательного аппарата от метательного устройства тележки после его подбрасывания вверх узел стыковки опускают вниз. Опускание узла стыковки позволяет упростить конструкцию узла стыковки и выполнение операции отстыковки, что повышает надежность взлета летательного аппарата.

2. Разгон тележки с летательным аппаратом осуществляют с помощью усилия, передаваемого тросом, перекинутым через блок и соединенным с поршнем, размещенным в пневматическом цилиндре с дренажным отверстием, по одну сторону от которого находится рабочая камера, в которую подают рабочее тело для перемещения цилиндра, а по другую - замкнутый объем, при этом торможение тележки начинают при достижении поршнем дренажного отверстия и тормозят дальнейшее перемещение поршня путем сжатия поршнем воздуха в указанном замкнутом объеме.

Уменьшение подачи энергии в разгонное устройство катапульты, достигаемое в результате снижения давления рабочего тела (сжатого воздуха) в рабочей камере пневматического цилиндра катапульты за счет выпуска воздуха в атмосферу через дренажное отверстие, позволяет уменьшить усилие на поршне разгонного устройства, что тормозит движение тележки. Полное торможение достигается в результате преобразования кинетической энергии поршня с тросом, перекинутым через блок, в потенциальную энергию газа при сжатии поршнем в конце перемещения по цилиндру катапульты некоторого количества воздуха. Такой режим торможения снижает ударные нагрузки на катапульту.

Для получения указанного технического результата предлагаемая катапульта для взлета летательного аппарата содержит направляющее, разгонное и тормозное устройства, метательное устройство, выполненное в виде параллелограмного механизма, имеющего верхнее основание, снабженное узлом стыковки с летательным аппаратом, и нижнее основание, шарнирно соединенные между собой опорами, а также тележку, снабженную фиксатором ее стартового положения относительно направляющего устройства, выполненного в виде продольных направляющих для тележки, при этом нижнее основание параллелограммного механизма совмещено с тележкой.

Отличительные признаки предлагаемой катапульты состоят в том, что она содержит тележку, снабженную фиксатором ее стартового положения относительно направляющего устройства, выполненного в виде продольных направляющих для тележки, при этом нижнее основание параллелограммного механизма совмещено с тележкой.

Наличие тележки и выполнение метательного устройства в виде параллелограммного механизма, нижнее основание которого совмещено с тележкой, обеспечивают вертикальное перемещение его верхнего основания и позволяют осуществлять подброс летательного аппарата за счет энергии его движения по инерции.

Кроме того, при описанном конструктивном выполнении катапульты после подброса летательного аппарата узел стыковки вместе с верхним основанием параллелограмного механизма продолжает по инерции двигаться по дуге окружности вперед и опускается вниз. Возможность такого опускания узла стыковки позволяет упростить его конструкцию и выполнение отстыковки, что повышает надежность взлета летательного аппарата.

Предлагаемая катапульта также может иметь следующие конструктивные особенности.

1. Узел стыковки катапульты содержит выступы, размещенные на нижнем основании тележки с паралеллограммным механизмом симметрично относительно вертикальной продольной плоскости тележки и предназначенные для взаимодействия с ответными гнездами на летательном аппарате.

Такое выполнение узла стыковки становится возможным благодаря вертикальному перемещению летательного аппарата относительно тележки при его подбросе. В свою очередь, выполнение узла стыковки в виде двух выступов, расположенных симметрично относительно вертикальной продольной плоскости тележки, упрощает конструкцию тележки и летательного аппарата и повышает надежность взлета.

2. Разгонное устройство выполнено в виде пневматической системы, содержащей ресивер, сообщенный с источником сжатого газа, рабочий цилиндр, сообщенный с ресивером посредством отсечного клапана, управляемого от электропневматического крана, поршень рабочего цилиндра, снабженный тросом, закрепленным вдоль его оси. При этом корпус рабочего цилиндра выполнен в виде трубы с закрытыми торцами, в одном из которых выполнено отверстие для троса. Поршень размещен в корпусе рабочего цилиндра с возможностью перемещения вдоль его продольной оси и образования рабочей камеры, расположенной со стороны отверстия в торце корпуса рабочего цилиндра и постоянно сообщенной с выходом отсечного клапана. Трос пропущен через отверстие в торце корпуса рабочего цилиндра, охватывает блок, размещенный на катапульте вне корпуса рабочего цилиндра, и прикреплен к тележке.

Выполнение разгонного устройства в виде пневматической системы позволяет обеспечить пуск каждого летательного аппарата необходимым запасом потенциальной энергии сжатого газа. Это обеспечивает различные скорости взлета и делает предлагаемую катапульту универсальным устройством для запуска летательных аппаратов, имеющих различные взлетные массы, а также повышает надежность взлета.

3. Корпус рабочего цилиндра снабжен дренажным отверстием, выполненным в его боковой стенке, при этом размер и расположение дренажного отверстия по длине рабочего цилиндра, а также длина троса поршня подобраны исходя из условия сообщения полости рабочей камеры с окружающей средой при контакте тележки с тормозным устройством, а также условия образования около закрытого торца рабочего цилиндра при смещении к нему поршня замкнутой по объему камеры торможения поршня.

Выбором размера и положения дренажного отверстия по длине рабочего цилиндра, а также длины троса достигается обеспечение моментов начала стравливания сжатого воздуха из рабочего цилиндра и образования полости торможения поршня, которые позволяют снизить нагрузки на трос и поршень, что повышает надежность работы устройства.

4. Тормозное устройство выполнено в виде пневматического цилиндра, размещенного около конца направляющих катапульты, снабженного поршнем, его штоком, выступающим из цилиндра, ориентированным параллельно направляющим катапульты и взаимодействующим с тележкой при ее перемещении по направляющим катапульты в пределах длины штока.

При таком выполнении тормозного устройства помимо функции смягчения ударных нагрузок шток тормозного пневматического цилиндра при касании с тележкой обеспечивает начало ее торможения, что повышает точность момента подброса летательного аппарата и, следовательно, повышение надежности его взлета.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-6, на которых изображены:

на фиг.1, 2 - катапульта в исходном состоянии с размещенным на ней летательным аппаратом;

на фиг.3 - тележка с летательным аппаратом перед запуском;

на фиг.4 - положение летательного аппарата непосредственно перед расстыковкой с тележкой;

на фиг.5 - тележка;

на фиг.6 - элементы функциональных частей катапульты.

Катапульта 1 (см. фиг.1, 2) для осуществления предлагаемого способа оборудована направляющими 2, разгонным 3 и тормозным 4 устройствами. Она содержит также тележку 5, связанную с разгонным устройством 3 и взаимодействующую с тормозным устройством 4. Тележка расположена между направляющими 2 катапульты 1 с возможностью перемещения по ним под действием разгонного устройства 3 и снабжена узлом стыковки 6 с летательным аппаратом 7.

Тележка 5 снабжена также метательным устройством, связанным с узлом стыковки 6, и фиксатором ее стартового положения относительно направляющего устройства.

Метательное устройство выполнено в виде параллелограммного механизма (см. фиг.3, 4, 5), имеющего верхнее 8 и нижнее 9 основания. Основания 8, 9 соединены между собой опорами 10 с шарнирами 11. При этом нижнее основание 9 имеет две пары роликов 12 (см. фиг.5), которые необходимы как базирующиеся элементы в направляющих катапульты, а на верхнем основании 8 размещен узел стыковки 6, имеющий два выступа 13, расположенных симметрично относительно вертикальной продольной плоскости тележки 5. Выступы 13 сопряжены с гнездами 14 (см. фиг.3, 4) ответной части узла стыковки, размещенной на летательном аппарате 7. Эта ответная часть выполнена в виде специально профилированной под выступы 13 ниши.

Фиксатор стартового положения тележки относительно направляющего устройства в случае, показанном на фиг.5, выполнен простейшим образом - в виде тарированного по усилию удерживающего элемента, представляющего собой проволочную петлю 38.

Разгонное устройство 3 (см. фиг.6) выполнено в виде пневматической системы, содержащей ресивер 15, сообщенный с источником 16 сжатого газа, рабочий цилиндр 17, сообщенный с ресивером посредством отсечного клапана 18, управляемого от электропневматического крана 19, поршень 20 рабочего цилиндра 17, снабженный тросом 21, закрепленным вдоль его оси. При этом корпус рабочего цилиндра выполнен в виде трубы с закрытыми торцами, в одном, из которых выполнено отверстие для троса 21. Поршень 20 размещен в корпусе рабочего цилиндра 17 с возможностью перемещения вдоль его продольной оси и образует вместе со стенками корпуса рабочую камеру 22. Трос 21 пропущен через отверстие в торце корпуса рабочего цилиндра 17, охватывает блок 23, размещенный на катапульте 1 вне корпуса рабочего цилиндра 17, и прикреплен к тележке 5.

Корпус рабочего цилиндра 17 снабжен дренажными отверстиями 3, выполненными в его боковой стенке. Размеры и расположение дренажных отверстий 3 по длине рабочего цилиндра 17, а также длина троса 21 и поршня 20 подобраны исходя из условия сообщения полости рабочей камеры 22 с окружающей средой.

Тормозное устройство 4 тележки (см. фиг.6) выполнено в виде пневматического цилиндра 24, установленного на конце направляющих 2 катапульты. Цилиндр 24 снабжен поршнем со штоком, ориентированным параллельно направляющим 2 катапульты 1.

Предлагаемый способ осуществляют с помощью предлагаемого устройства в следующей последовательности (см. фиг.1-6).

Перед пуском летательный аппарат 7 с помощью узла стыковки 6 соединяют с метательным устройством тележки 5 и фиксируют в стартовых положениях тележку 5 с летательным аппаратом 7 и метательное устройство катапульты 1. После этого освобождают тележку 5 от фиксации и разгоняют ее вдоль направляющего устройства 2 катапульты до скорости взлета летательного аппарата 7. Освобождение тележки от фиксации при описываемом выполнении осуществляют одновременно с началом разгона в результате разрыва тарированного по усилию удерживающего элемента - петли 38, первоначально накинутой на неподвижный элемент, расположенный в правом по фиг.1, 2 конце направляющего устройства 2 (не показан). Разогнанную тележку 5 тормозят тормозным устройством 4 катапульты. При этом в начале этапа торможения летательный аппарат 7 за счет энергии его движения по инерции подбрасывают вверх метательным устройством тележки 5. Одновременно с этим разъединяют узел стыковки 6 и отделяют летательный аппарат 7 от метательного устройства тележки 5 (см. фиг.3, 4).

В частном случае осуществления способа также могут быть выполнены следующие действия.

Для отделения летательного аппарата 7 от метательного устройства тележки 5 после его подбрасывания вверх узел стыковки 6 опускают вниз.

Одновременно с торможением тележки 5 тормозят разгонное устройство 3, для чего уменьшают подачу рабочего тела из ресивера 21 в полость рабочего цилиндра 17.

Предлагаемая катапульта в процессе осуществления предлагаемого способа работает и используется следующим образом.

Первоначально катапульта 1 находится в стартовом состоянии, показанном на фиг.1.

При этом тележка 5 размещена в начале направляющих 2 и удерживается в этом положении фиксатором стартового положения тележки относительно направляющего устройства, представляющим собой тарированный по усилию удерживающий элемент - проволочную петлю 38. Летательный аппарат 7 расположен на верхнем основании 8 параллелограммного механизма. При этом выступы 13 входят в пазы гнезд 14 и могут передавать разгонное усилие от тележки 5 на летательный аппарат 7. Кроме того, выступы 13 противодействуют повороту летательного аппарата 7 относительно его продольной, вертикальной и поперечной оси.

Параллелограммный механизм метательного устройства находится в стартовом положении, в котором опоры 10 отклонены назад (см. фиг.3).

В ресивер 15 от источника 16 подают сжатый газ, потенциальная энергия которого используется для разгона летательного аппарата 7. Для разгона тележки 5 с летательным аппаратом 7 по сигналу от электропневматического крана 19 сжатый газ через отсечной клапан 18 подают в рабочую камеру 22 рабочего цилиндра 17. Сила давления газа на поршень 20 через трос 21, перекинутый через блок 23, передается в виде усилия к тележке 5. При достижении этим усилием величины, соответствующей усилию разрыва тарированного удерживающего элемента - проволочной петли 38, тележка начинает движение по направляющим 2 катапульты 1 и разгоняется вместе с летательным аппаратом 7. Опоры 10 остаются в исходном положении отклоненными назад, поскольку их прижимает к упору 10 момент, возникающий от сил инерции и аэродинамического сопротивления, действующих на летательный аппарат 7.

После перемещения по всей длине направляющих 2 вдоль катапульты 1 тележка 5 вместе с летательным аппаратом 7 приобретает скорость, необходимую для взлета летательного аппарата. В конце направляющих тележка взаимодействует со штоком тормозного устройства 4, который начинает тормозить тележку 5. Одновременно с этим начинается выпуск сжатого газа из рабочей камеры 22 через открывающиеся дренажные отверстия.

При торможении тележки 5 летательный аппарат 7 вместе с верхним основанием 8 параллелограммного механизма по инерции продолжают движение вперед и вынуждают опоры 10 поворачиваться в вертикальной плоскости тележки относительно шарниров 12 до момента касания опорами выступа 24, расположенного на нижнем основании 9 тележки 5 (см. фиг.4, 5). При этом узел стыковки 6 совершает движение по дуге окружности 40, определяемой расстоянием между шарнирами опоры 10 метательного устройства, с некоторой окружной скоростью. Проекция указанной скорости на оси, связанной с летательным аппаратом системы координат, показаны на фиг.4. Возникшая вертикальная составляющая скорости V_y (см. фиг.4) обеспечивает подброс летательного аппарата вверх.

Изобретение относится к области авиации, более конкретно к способу взлета летательных аппаратов и катапульте для их взлета. Перед пуском летательный аппарат с помощью узла стыковки соединяют с метательным устройством тележки катапульты и фиксируют в стартовом положении тележку с летательным аппаратом и метательное устройство. Освобождают тележку и разгоняют ее вдоль направляющего устройства катапульты до скорости взлета летательного аппарата, затем тормозят тележку тормозным устройством катапульты. В начале этапа торможения летательный аппарат за счет энергии его движения по инерции подбрасывают вверх метательным устройством тележки. Одновременно с этим разъединяют узел стыковки и отделяют летательный аппарат от метательного устройства тележки. Катапульта содержит направляющее, разгонное и тормозное устройства, а также метательное устройство и тележку. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ взлета летательного аппарата с катапульты, при котором перед пуском летательный аппарат с помощью узла стыковки соединяют с метательным устройством тележки катапульты и фиксируют в стартовом положении тележку с летательным аппаратом и метательное устройство, после этого освобождают тележку и разгоняют ее вдоль направляющего устройства катапульты до скорости взлета летательного аппарата, затем тормозят тележку тормозным устройством катапульты, при этом в начале этапа торможения летательный аппарат за счет энергии его движения по инерции подбрасывают вверх метательным устройством тележки, одновременно с этим разъединяют узел стыковки и отделяют летательный аппарат от метательного устройства тележки.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для отделения летательного аппарата от метательного устройства тележки после его подбрасывания вверх узел стыковки опускают вниз.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что разгон тележки с летательным аппаратом осуществляют с помощью усилия, передаваемого тросом, перекинутым через блок и соединенным с поршнем, размещенным в пневматическом цилиндре с дренажным отверстием, по одну сторону от которого находится рабочая камера, в которую подают рабочее тело для перемещения цилиндра, а по другую - замкнутый объем, при этом торможение тележки начинают при достижении поршнем дренажного

отверстия и тормозят дальнейшее перемещение поршня путем сжатия поршнем воздуха в указанном замкнутом объеме.