СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ТОПЛИВНЫХ БАКОВ ВОЗДУШНЫХ И КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Российский патент 2010 года по МПК B64D37/32 

Изобретение относится к конструктивным особенностям топливных баков транспортных средств, а именно к устройствам предотвращения проливов агрессивных, ядовитых и токсичных жидкостей из различных емкостей, в частности топливных баков воздушных и космических аппаратов в случае пробития их пулями, осколками или микрометеоритами.

Известны устройства предотвращения проливов агрессивных, ядовитых и токсичных жидкостей из различных емкостей, изготовленных из броневой стали, многослойных композиционных - металлических или волокнистых органических и неорганических материалов, в которых используется принцип отбора кинетической энергии [1, 2].

Известны способы измерения физических параметров объектов, в том числе их целостности, основанные на применении волоконно-оптических датчиков [3-6].

Недостатками известных устройств являются невысокая эффективность обнаружения места или координат пробоины бака, несвоевременная остановка течи, а также низкие эксплуатационные характеристики ввиду недостаточной живучести бака с агрессивной или ядовитой жидкостью в случае его сквозного пробития пулей, осколком или микрометеоритом.

При этом в технике зачастую возникает потребность с высокой надежностью обеспечить живучесть объектов, имеющих в своем составе баки с агрессивными, токсичными и ядовитыми жидкостями, в условиях прогнозируемого воздействия по ним высокоскоростных кинетических ударников.

Известна система защиты топливных баков воздушных и космических аппаратов, которая содержит композитный бак, содержащий две композитные оболочки и твердую смазку между ними, волоконно-оптические линии связи на срединной поверхности внутренней композитной оболочки, генератор и приемник световых импульсов, соединенные между собой волоконно-оптическими линиями связи, устройства вращения, соединенные с ЭВМ и источником питания, причем волоконно-оптические линии связи вводятся в состав стенки внутренней композитной оболочки путем намотки по срединной поверхности, при этом ряд волоконно-оптических линий связи расположен в композите эквидистантно вдоль оси вращения бака, одни концы волоконно-оптических линий связи собраны в пучок на днище внутренней композитной оболочки и оптически соединены с генератором световых импульсов, другие концы волоконно-оптических линий связи собраны в пучок на противоположном днище внутренней композитной оболочки и оптически соединены с приемником световых импульсов [7].

Недостатком данной системы является отсутствие возможности прогнозирования координат и времени попадания метаемого тела в топливные баки воздушных и космических аппаратов.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности защиты топливных баков путем обеспечения предварительного перемещения второй оболочки в прогнозируемый район попадания метаемого тела.

Техническая задача изобретения реализуется в системе защиты топливных баков воздушных и космических аппаратов, содержащей бак, состоящий из двух композитных оболочек и твердой смазки между ними, волоконно-оптические линии связи на срединной поверхности внутренней композитной оболочки, генератор и приемник световых импульсов, соединенные между собой волоконно-оптическими линиями связи, устройство вращения, соединенное с ЭВМ, источник питания, причем волоконно-оптические линии связи вводятся в состав стенки внутренней композитной оболочки путем намотки по срединной поверхности, ряд волоконно-оптических линий связи расположен в композите эквидистантно вдоль оси вращения бака, одни концы волоконно-оптических линий связи собраны в пучок на днище внутренней композитной оболочки и оптически соединены с генератором световых импульсов, другие концы волоконно-оптических линий связи собраны в пучок на противоположном днище внутренней композитной оболочки и оптически соединены с приемником световых импульсов, дополнительно оснащенной блоком прогнозирования, который содержит первый и второй датчики и первый и второй блоки памяти, блок обработки информации, источник питания, при этом каждый из датчиков выполнен в виде трех перпендикулярно расположенных линеек излучающих диодов и линеек фотоприемников, причем n-первый, n-второй и n-третий выходы первого датчика соединены с n-первыми, n-вторыми и n-третьими входами первого блока памяти, n-первый, n-второй и n-третий выходы второго датчика соединены с n-первыми и n-вторыми n-третьими входами второго блока памяти, выход источника питания соединен с входами первого и второго датчиков, выходы первого и второго блока памяти соединены с первым и вторым входом блока обработки информации, выход которого является выходом блока прогнозирования и соединен со входом ЭВМ.

На фиг.1 приведена структурная схема системы защиты информации, на фиг.2 - структурная схема блока прогнозирования.

Устройство для защиты топливного бака содержит бак 1, состоящий из двух композитных оболочек 2, 3 и твердой смазки 4 между ними, волоконно-оптические линии связи 5 на срединной поверхности внутренней композитной оболочки 3, генератора 6 и приемника 7 световых импульсов, соединенных между собой волоконно-оптическими линиями связи 5, устройство вращения 8, соединенное с ЭВМ 9, источник питания 10, первый 11 и второй 12 датчики, которые разнесены в пространстве, блок 13 прогнозирования, причем n - первые, вторые выходы первого 11 датчика, третьи и четвертые выходы второго 12 датчика соединены с соответственно с n-первыми, n-вторыми, n-третьими и n-четвертыми входами блока 13 прогнозирования, первый, второй выходы которых соединены одновременно с n-первыми и n-вторыми входами первого 11 и второго 12 датчиков и вторым входом ЭВМ 9.

Волоконно-оптические линии связи 5 вводятся в состав стенки внутренней композитной оболочки 3 путем намотки по срединной поверхности. Причем ряд волоконно-оптических линий связи 5 расположен в композите эквидистантно вдоль оси вращения бака 1. Одни концы волоконно-оптических линий связи собраны в пучок на днище внутренней композитной оболочки 3 и оптически соединены с генератором 6 световых импульсов, другие концы волоконно-оптических линий связи собраны в пучок на противоположном днище внутренней композитной оболочки и оптически соединены с приемником 7 световых импульсов.

В качестве смазки, находящейся между композитными оболочками, используется сухая графитовая смазка OKS 536.

Блок 13 прогнозирования содержит первый 11 и второй 12 датчики, первый 14 и второй 15 блоки памяти, блок 16 обработки информации, источник 17 питания, каждый из датчиков (11, 12) выполнен в виде трех перпендикулярно расположенных линеек излучающих диодов 18 и линеек фотоприемников 19, причем n-первый, n-второй и n-третий выходы первого 11 датчика соединены с n-первыми, n-вторыми и n-третьими входами первого 15 блока памяти, n-первый, n-второй и n-третий выходы второго 12 датчика соединены с n-первыми и n-вторыми n-третьими входами второго 15 блока памяти, выход источника 17 питания соединен со входами первого 11 и второго 12 датчиков, выходы первого 14 и второго 15 блоков памяти соединены с первым и вторым входами блока 16 обработки информации, выход которого является выходом блока 13 прогнозирования и соединен со входом ЭВМ.

Описание работы устройства.

Работа системы защиты композитного бака 1 с волоконно-оптической системой происходит следующим образом.

При отсутствии повреждения волоконно-оптических линий связи 5 оптический рефлектометр определяет целостность системы путем отслеживания непрерывности световых импульсов, посылаемых генератором 6 и принимаемых приемником 7 световых импульсов, а значит, и целостность композитного бака 1.

При воздействии средств поражения (пули, осколка или микрометеорита) происходит последовательное срабатывание первого 11 и второго 12 датчиков. В момент пролета метаемого тела относительно первого 11 датчика происходит срабатывание чувствительных элементов, расположенных в виде перпендикулярных линеек фотоприемников 19.

Сигналы с выходов фотоприемников 19 датчика 11 поступают на первые и вторые входы первого 14 блока памяти.

В момент пролета метаемого тела относительно второго 12 датчика происходит срабатывание комбинации чувствительных элементов датчика 12.

Сигналы с выходов фотоприемников 19 датчика 12 поступают на первые и вторые входы второго 15 блока памяти.

Код сигналов, поступающих на первые, вторые и третий входы блока 14 памяти, соответствует координатам пролета метаемого тела (x₁; y₁; z₁) относительно первого 11 датчика.

Аналогично код сигналов, поступающих на первые, вторые и третий входы второго блока 15 памяти, соответствует координатам пролета метаемого тела относительно (x₂; y₂; z₂) второго 12 датчика.

Сигналы с выходов первого 14 и второго 15 блоков памяти поступают на вход блока 16 обработки информации, который определяет прогнозируемые координаты метаемого тела и прогнозируемое время полета до топливного бака 1.

Прогнозируемые координаты метаемого тела определяются в соответствии с математическим выражением:

где x₁; y₁; z₁ и x₂; y₂; z₂ - координаты пролетаемого тела относительно первого и второго датчиков, x₃; y₃; z₃ - прогнозируемые координаты попадания метаемого тела в топливный бак 1.

Прогнозируемое время определяется в соответствии с выражением:

где d - прогнозируемая дальность полета метаемого тела относительно второго датчика, скорость движения метаемого тела, м/с

.

Информация о прогнозируемом времени и координатах попадания поступает на ЭВМ 9, которая за счет вращения второй оболочки перемещает ее в пределах прогнозируемого времени в район предполагаемого места попадания поражающих средств. Устройства 8 вращения проворачивают внутреннюю оболочку 3 в прогнозируемый район попадания метаемого тела.

При пробитии внутренней стенки композитного бака 1 осколком, пулей или иным кинетическим ударником нарушается передача оптического импульса по одному или нескольким многомодовым волоконно-оптическим жилам, расположенным в композите эквидистантно вдоль оси вращения бака, что фиксируется оптическим рефлектометром. Световые импульсы от генератора 6 к приемнику 7 продолжают поступать за исключением импульсов, проходивших по рядам (n_i). Данная информация обрабатывается ЭВМ 9, при этом определяется сектор повреждения в окружном направлении. ЭВМ 9 подает сигнал-команду на устройства вращения композитных оболочек 2, 3.

Устройства 8 вращения проворачивают внутреннюю оболочку 3 относительно выставленного предварительного положения на вычисленный угол с дополнительным запасом, при этом повреждение перекрывается.

Таким образом, обеспечивается уменьшение пролива жидкостей за счет осуществления предварительного проворачивания внутренней оболочки 3 в район предполагаемого пробития.

Источники информации

1. Патент РФ №2120599 на изобретение. «Устройство для защиты железнодорожной цистерны».

2. Цистерны. Устройство, эксплуатация, ремонт. Справочное пособие, М.: Транспорт, 1990.

3. Волоконная оптика в авиационной и ракетной технике. Под ред. Рождественского Ю.В., Вейберга В.Б., Сатарова Д.Н. - М.: Приборостроение, 1977.

4. Волоконно-оптические системы передачи и кабели. Справочник. Под ред. Гроднева И.И., Мурадяна А.Г., Шарафуддинова P.M. и др. - М.: Радио и связь, 1993.

5. Окоси Т. и др. Волоконно-оптические датчики. Пер. с япон. - Л.: Энергоатомиздат, 1990.

6. Патент РФ №2142115 на изобретение. «Волоконно-оптическая система измерения физических параметров».

7. Патент РФ №2309104 на изобретение. «Композитный бак повышенной живучести с волоконно-оптической системой».

Изобретение относится к устройствам предотвращения проливов агрессивных, ядовитых и токсичных жидкостей и может быть использовано в системах защиты топливных баков воздушных и космических аппаратов. В систему входят композитный бак для ядовитых и агрессивных жидкостей, состоящий из двух композитных оболочек и твердой смазки между ними, генератор и приемник световых импульсов, соединенные между собой волоконно-оптическими линиями связи, расположенными во внутренней стенке внутренней оболочки, компьютер, устройство вращения композитных оболочек, источник питания и оптический рефлектометр для непрерывного тестирования волоконно-оптических линий. Дополнительно в устройство введены блок прогнозирования, блок обработки информации, источник питания. При пробитии внутренней стенки бака кинетическим предметом нарушается передача оптического импульса по волоконно-оптическим жилам. Данная информация обрабатывается ЭВМ, устройства вращения поворачивают внутреннюю оболочку таким образом, что повреждение перекрывается, обеспечивается уменьшение пролива жидкостей за счет осуществления предварительного поворачивания внутренней оболочки в район предполагаемого пробития. Достигается повышение эффективности защиты топливных баков. 2 ил.

Система защиты топливных баков воздушных и космических аппаратов содержит композитный бак для ядовитых и агрессивных жидкостей, состоящий из двух композитных оболочек и твердой смазки между ними, генератора и приемника световых импульсов, соединенными между собой волоконно-оптическими линиями связи, расположенными во внутренней стенке внутренней оболочки вдоль образующей, компьютером, устройствами вращения композитных оболочек, источником питания и оптическим рефлектометром для непрерывного тестирования волоконно-оптических линий, расположенных во внутренней композитной оболочке эквидистантно оси вращения бака, причем одни концы волоконно-оптических линий собраны в пучок на днище внутренней оболочки и оптически соединены с генератором световых импульсов, а другие концы волоконно-оптических линий собраны в пучок на противоположном днище внутренней оболочки и оптически соединены с приемником световых импульсов, при этом в качестве волоконно-оптических линий используются многомодовые оптические волокна, отличающаяся тем, что оснащена блоком прогнозирования, который содержит первый и второй датчики и первый и второй блоки памяти, блок обработки информации, источник питания, каждый из датчиков выполнен в виде трех перпендикулярно расположенных линеек излучающих диодов и линеек фотоприемников, причем n-первый, n-второй и n-третий выходы первого датчика соединены с n-первыми, n-вторыми и n-третьими входами первого блока памяти, n-первый, n-второй и n-третий выходы второго датчика соединены с n-первыми и n-вторыми n-третьими входами второго блока памяти, выход источника питания соединен со входами первого и второго датчиков, выходы первого и второго блока памяти соединены с первым и вторым входом блока обработки информации, выход которого является выходом блока прогнозирования и соединен со входом ЭВМ.