УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАБРОСА ПТИЦ И ДРУГИХ ПОСТОРОННИХ ПРЕДМЕТОВ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Российский патент 2012 года по МПК G01M7/08 

Изобретение относится к области авиастроения и безопасности полетов и может быть использовано для исследования процессов ударного взаимодействия элементов конструкции самолета при столкновении с птицей или другими посторонними предметами.

Для моделирования удара в условиях полета и придания имитатору заданной скорости используются пневматические устройства или пушки для запуска с различной длиной.

Известны устройства в виде пневматической пушки, предназначенные для заброса тушек птиц средней и большой массы на вход в газотурбинный двигатель (Павлов Ю.И., Шайн Ю.Я., Абрамов Б.И. «Проектирование испытательных стендов для авиационных двигателей», стр.69-71, рис.4.5). Различаются по назначению на многоствольные для имитации попадания стаи мелких птиц массой до 150 грамм и одноствольные для заброса птиц массой до 2 килограмм. Устройство содержит ресивер сжатого воздуха, быстродействующий шаровой клапан, сменные стволы, полый поршень, упор для остановки поршня. Такие устройства позволяют забрасывать тушку птицы до 2 килограмм со скоростью до 100 м/с.

Основным недостатком известного устройства является ограниченная скорость выстрела.

Известно устройство (патент России от 20.04.2010 г. №2386938, МПК⁷ G01M 7/08), в котором метательный снаряд, изготовленный в виде модели скелета и внутренней полости птицы, выбрасывается пневматической пушкой также с недостаточной скоростью, и ударное воздействие недостаточно для воздействия имитатором на испытуемый элемент объекта испытаний.

Известно также устройство в виде пневматической пушки, предназначенной для испытания на удар конструкций летательных аппаратов тушками птиц массой до 3,6 кг. Устройство состоит из гладкого ствола, который направляет упакованную птицу во время ее разгона путем расширения воздуха из резервуара сжатого газа, съемника обоймы, установленного в конце ствола и предназначенного для остановки или отклонения гильзы, обеспечивая удар об испытуемое изделие только упакованной птицы, механизма расцепления, включающего в себя пусковой соленоид, прорывную диафрагму и нож. После включения цикла выстрела механизм расцепления с помощью ножа прорывает диафрагму и дает возможность сжатому газу из резервуара быстро затечь в ствол и вытолкнуть снаряд. Длина ствола таких устройств от 9 до 18 метров. Объем расходного резервуара не менее 0,850 м³. Допускаемое рабочее давление сжатого газа до 1,7 МПа. Такие устройства позволяют выталкивать тушку птицы массой до 1,81 кг со скоростью до 330 м/с (ASTM, «Стандартный метод испытания стекол кабины самолета на удар тушками птиц», F330-89 (повторно утверждено 2004 г.), стр.2-4).

Недостатком известного технического решения, использующего в качестве спускового механизма прорывную диафрагму и используемых для заброса тушек птиц массой до 3,6 кг, является большая длина ствола, одноразовый съемник обоймы, одноразовые прорывные диафрагмы, что требует значительного времени на подготовку к выстрелу.

Технической задачей заявляемого решения является создание устройства позволяющего сократить время на подготовку к выстрелу, повысить быстродействие и надежность спускового механизма, снизить стоимость испытаний.

Технический результат в предлагаемом устройстве достигается тем, что устройство для заброса птиц и других посторонних предметов при испытаниях летательных аппаратов содержит ствол, ресивер с предохранительным клапаном, затвор, гильзу, снаряженную птицей, лафет, блок управления и рампу баллонного сжатого газа, причем затвор расположен со стороны казенной части ствола, содержит встроенный быстродействующий клапан в виде поршня с центральным отверстием, при этом корпус затвора снабжен пневматическим бесконтактным спусковым механизмом и предохранителем выстрела с механизмом закрытия ресивера до и после выстрела, а во внутренней части поршня установлен вкладыш, передняя часть которого оборудована направляющими аппаратами рабочего воздуха, поступающего в ствол при выстреле, задняя часть вкладыша оборудована катушкой, через центральное отверстие которой проходит гибкая тяга, один конец которой закреплен на гильзе, а другой на катушке, причем ствол расположен внутри ресивера. Направляющие аппараты рабочего воздуха образуют два канала, выполненных из сферических сегментов, один из которых закреплен на торце ресивера, а другой на вкладыше с помощью ребер. Наружная поверхность поршня клапана выполнена ступенчатой формы, а в середине наружной поверхности поршня выполнена коническая поверхность фиксации поршня предохранителем в закрытом положении до и после выстрела. Ствол и ресивер снабжены на конце окнами сброса рабочего воздуха после выстрела. Гильза выполнена в виде тонкостенной оболочки со сферическим дном, снаружи которого расположено ухо для крепления гибкой связи, а внутри ложементами из вспененного пенопласта. Ресивер снабжен фланцами для крепления затвора, ловителя гильзы и лафета. Предохранитель с механизмом закрытия ресивера содержит корпус с отверстиями для толкателя, фиксатора, корпуса концевого выключателя.

На фиг.1 изображена пневмопушка на лафете для проведения испытаний на птицестойкость.

На фиг.2 изображены предохранитель выстрела с механизмом отсечки рабочего воздуха и пневматический механизм спуска.

На фиг.3 изображен затвор в разрезе, нижняя часть в положении «закрыто», верхняя часть в положении «открыто».

На фиг.4 изображен фланец для крепления устройства остановки гильзы.

На фиг.5 изображен пневматический механизм включения цикла выстрела.

На фиг.6 изображен предохранитель выстрела с механизмом отсечки остатков рабочего воздуха.

Устройство для заброса птиц и других посторонних предметов содержит затвор 1, ресивер 2, гильзу из углепластика 3, гладкий ствол 4, лафет 5, разгрузочные окна 6, ловитель гильзы 7, фланец 8 крепления ловителя гильзы с отверстиями М₄, предохранитель выстрела 9 с механизмом отсечки остатков рабочего воздуха, пневматический механизм включения цикла выстрела 10.

Затвор предназначен для организации выстрела, т.е. подачи рабочего воздуха из ресивера в ствол, а также для обеспечения закладки снаряженной гильзы со стороны казенной части устройства заброса.

Затвор 1 состоит из поршня 12, корпуса 13, вкладыша 14, упорной гайки 15, торцевого амортизатора 16, радиального амортизатора 17, уплотняющих резиновых колец круглого сечения 18.

Подвижная часть затвора представляет собой поршень 12 с центральным отверстием. На краях поршня расположены резиновые уплотнительные кольца 18 круглого сечения. Наружная поверхность поршня выполнена ступенчатой формы, за счет которой при подаче рабочего воздуха в полость П₁ между подвижной частью и корпусом образуется неуравновешенная сила, прижимающая поршень к торцевому уплотнению 19 ствола, т.е. уплотняется внутренняя полость П₂ ресивера.

На наружной центральной части поршня затвора выполнена коническая поверхность Б для фиксации поршня затвора в закрытом положении (до и после выстрела) предохранителем 9. Корпус 13 снабжен с одной стороны упорной резьбой для фиксации упорной гайкой 15 вкладыша 14, посадочным местом под вкладыш 14, двумя соосными цилиндрическими проточками (направляющие для поршня 12), тремя радиальными резьбовыми отверстиями М₁, М₂, М₃. Отверстие М₁ предназначено для подачи запирающего вспомогательного воздуха в полость П₁ затвора, отверстие М₂ предназначено для крепления предохранителя выстрела с механизмом отсечки рабочего воздуха 9, отверстие М₃ предназначено для сброса вспомогательного запирающего воздуха через пневматический спусковой механизм 10.

Вкладыш 14 имеет с одной стороны плоское днище с торцевым амортизатором 16, на наружной цилиндрической поверхности установлены три радиальных амортизатора 17 в виде резиновых колец круглого сечения, предназначенных для снижения скорости поршня затвора при открытии. С другой стороны установлен направляющий аппарат 20 для образования канала подачи рабочего воздуха из ресивера в ствол. По оси в центре установлена трубка 21 и катушка 22, в которых установлена калиброванная разрывная гибкая тяга 23 крепления гильзы в стволе. Разрывная тяга обеспечивает получение стабильного начального давления на гильзу при серии выстрелов и закреплена на катушке и вкладыше 14. После установки гильзы в стволе и закреплении гибкой тяги на катушке на ней устанавливается заглушка 24.

Направляющие аппараты 20 образуют два канала для поворота струи рабочего воздуха из ресивера в ствол на 180° с минимальными потерями давления при выстреле. Направляющие аппараты выполнены в виде сферических сегментов. Верхний сегмент крепится на торце ресивера, а нижний на вкладыше с помощью радиальных ребер.

Ресивер 2 расположен непосредственно на стволе 4 концентрично и является накопительной емкостью рабочего воздуха для выстрела, давление в которой настраивается во время пристрелочных стрельб согласно программе испытаний. Ресивер снабжен мембранным предохранительным клапаном 11, рассчитанным на максимально допускаемое давление пневмопушки. Ресивер оборудован фланцами крепления к корпусу затвора.

Ствол 4 расположен внутри ресивера 2 и предназначен для разгона упакованной гильзы до требуемой скорости. На переднем фланце имеется специальная канавка с отверстиями под торцевое резиновое уплотнение 19.

Пневматический спусковой механизм 10 (фиг.5) принудительного действия предназначен для сброса воздуха из полости П₁ затвора, т.е. является бесконтактным спусковым механизмом. Он состоит из корпуса 25, в котором выполнены отверстия О₁ для сброса воздуха из затвора, отверстия О₂ подачи технологического воздуха для принудительного открытия клапана, посадочного отверстия для установки клапана 26. Клапан снабжен канавкой под уплотнительное кольцо 27 из фторопласта, пружиной сжатия 28 для герметизации полости П₁ затвора, регулировочным винтом 29 для настройки расчетного давления в полости затвора, суфлером 30 с отверстиями для сброса технологического воздуха из полости

Предохранитель выстрела 9 с механизмом закрытия ресивера во время выстрела предназначен для исключения возможности самопроизвольного выстрела и дозировки рабочего воздуха на один выстрел. Механизм состоит из корпуса 31 с отверстиями подачи технологического воздуха для принудительного снятия с предохранителя, толкателя 32, фиксатора 33, корпуса концевого электрического выключателя 34, концевого выключателя 35, крышки 36, пружины сжатия 37.

Предохранительный клапан 11 ограничивает величину максимального давления, подаваемого в ресивер. Состоит из мембраны 38 и суфлера 39 для стравливания воздуха из ресивера.

Лафет 5 предназначен для наведения пушки на объект испытания и демпфирования при выстреле. Состоит из фланца с резиновым амортизатором для крепления пушки и сварной рамы.

Разгрузочные окна 6 предназначены для сброса давления в стволе перед ловителем гильзы, снижения влияния усилия воздушной струи на силовые элементы ловителя гильзы и аппаратуру замера скорости заряда.

Гильза 3 предназначена для уплотнения ствола при забросе птицы с массой, равной или менее 1,6 кг, стайки птиц, льда и т.п. Гильза выполнена в виде тонкостенной оболочки с дном, снабжена внутри специальными ложементами из вспененного пенопласта, а в середине снаружи дна приварено кольцо для крепления разрывной нити.

Устройство для заброса работает следующим образом. Для закладки подготовленного заряда откручивается упорная гайка 15, вынимается вкладыш 14, через трубку 21 пропускается гибкая тяга 23. После этого гильза закладывается в ствол устройства, вставляется вкладыш 14 и фиксируется гайкой 15. Гибкая тяга вытягивается до упора и наматывается на катушку 22, закрывается колпаком 24. Далее подается расчетное давление в полость П₁, при этом поршень 12 под действием давления воздуха перемещается в крайнее правое положение и герметично перекрывает канал между ресивером и стволом, а фиксатор 33 предохранительного механизма под действием пружины опускается до упора и затем подается расчетное давление в ресивер. Устройство готово к забросу.

Выстрел производится оператором при помощи двух кнопок, причем первая кнопка блокирует функциональность второй. При нажатии первой кнопки включается световая и звуковая сигнализация, аппаратура видеосъемки, аппаратура замера скорости, открывается клапан подачи давления в полость П₃ предохранителя. Под действием давления воздуха толкатель сжимает пружину 37, выводит из зацепления фиксатор 33 поршня 32 и замыкает контакт концевого выключателя 35, тем самым снимает блокировку включения спускового механизма 10. Оператор нажимает вторую кнопку, подается давление воздуха в полость П₄ спускового механизма, под действием давления толкатель открывает полость П₁ затвора. Поршень 12 под действием давления в ресивере перемещается в крайнее левое положение, открывая доступ рабочего воздуха в ствол, при этом прекращается подача воздуха в полость П₄ предохранительного механизма. Под действием давления воздуха снаряженная гильза рвет гибкую тягу и начинает разгоняться в стволе. Поршень, дойдя до крайнего левого положения, ударяется в амортизатор и начинает перемещаться назад до упора в передний фланец ствола. В это время фиксатор 33 предохранительного механизма под действием пружины 37 опускается до упора и фиксирует положение закрытия поршня. При этом в ресивере остается порядка 30% воздуха под давлением.

Ход поршня, масса поршня, усилие торцевого и радиального амортизаторов, давление воздуха в затворе рассчитаны так, чтобы за время открытия и закрытия затвора снаряженная гильза набирала в стволе необходимую при испытаниях скорость, при этом гильза останавливается в ловителе, а птица движется к объекту испытаний. При повторном выстреле допускается закладка птицы при наличии остаточного давления в ресивере, что существенно экономит время подготовки к выстрелу и воздух от баллонной батареи.

Изобретение относится к области авиастроения и безопасности полетов и может быть использовано для исследования процессов ударного взаимодействия элементов конструкции самолета при столкновении с птицей или другими посторонними предметами. Устройство содержит ствол, ресивер с предохранительным клапаном, затвор, гильзу, снаряженную птицей, лафет, блок управления и рампу баллонного сжатого газа, причем затвор расположен со стороны казенной части ствола, содержит встроенный быстродействующий клапан в виде поршня с центральным отверстием. При этом корпус затвора снабжен пневматическим бесконтактным спусковым механизмом и предохранителем выстрела с механизмом закрытия ресивера до и после выстрела. Во внутренней части поршня установлен вкладыш, передняя часть которого оборудована направляющими аппаратами рабочего воздуха, поступающего в ствол при выстреле, задняя часть вкладыша оборудована катушкой, через центральное отверстие которой проходит гибкая тяга, один конец которой закреплен на гильзе, а другой на катушке, причем ствол расположен внутри ресивера. Технический результат заключается в сокращении времени на подготовку к выстрелу, повышении быстродействия и надежности спускового механизма. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для заброса птиц и других посторонних предметов при испытаниях летательных аппаратов, содержащее ствол, ресивер с предохранительным клапаном, затвор, гильзу, снаряженную птицей, лафет, блок управления и рампу баллонного сжатого газа, отличающееся тем, что затвор расположен со стороны казенной части ствола, содержит встроенный быстродействующий клапан в виде поршня с центральным отверстием, при этом корпус затвора снабжен пневматическим бесконтактным спусковым механизмом и предохранителем выстрела с механизмом закрытия ресивера до и после выстрела, а во внутренней части поршня установлен вкладыш, передняя часть которого оборудована направляющими аппаратами рабочего воздуха, поступающего в ствол при выстреле, а задняя часть вкладыша оборудована катушкой, через центральное отверстие которой проходит гибкая тяга, один конец которой закреплен на гильзе, а другой - на катушке, причем ствол расположен внутри ресивера.

2. Устройство для заброса птиц по п.1, отличающееся тем, что направляющие аппараты рабочего воздуха образуют два канала, выполненные из сферических сегментов, один из которых закреплен на торце ресивера, а другой - на вкладыше с помощью ребер.

3. Устройство для заброса птиц по п.1, отличающееся тем, что наружная поверхность поршня выполнена ступенчатой формы, а в середине наружной поверхности поршня выполнена коническая поверхность фиксации поршня предохранителем в закрытом положении до и после выстрела.

4. Устройство для заброса птиц по п.1, отличающееся тем, что ствол и ресивер снабжены на конце окнами сброса рабочего воздуха после выстрела.

5. Устройство для заброса птиц по п.1, отличающееся тем, что гильза выполнена в виде тонкостенной оболочки со сферическим дном и снабжена внутри ложементами из вспененного пенопласта и элементом крепления гибкой тяги.

6. Устройство для заброса птиц по п.1, отличающееся тем, что ресивер оборудован фланцами для крепления затвора, ловителя гильзы и лафета.

7. Устройство для заброса птиц по п.1, отличающееся тем, что предохранитель с механизмом закрытия ресивера содержит корпус с отверстиями для толкателя, фиксатора, корпуса концевого выключателя.