ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДОСТАВКИ МАТЕРИАЛОВ ПО НАЗНАЧЕНИЮ Российский патент 2013 года по МПК F41B11/00 

Изобретение относится к области техники, связанной с экологической безопасностью, и может быть использовано для доставки материалов в заданную точку пространства, а также для проведения метеорологических исследований.

Известно пневматическое пусковое устройство с разрушаемым диском [1], которое содержит накопительный резервуар со сжатым воздухом, поступающим от источника; к резервуару через разрушаемый диск присоединена пусковая труба. При определенной величине давления диск разрушается и пропускает освобождающийся воздух для пуска снаряда. Устройство допускает повторную замену диска после пуска. Признаками, общими с заявляемым устройством, являются наличие пусковой трубы и разрушаемого диска, а также использование энергии сжатого воздуха для доставки материалов в зону назначения. Однако известное устройство не позволит обеспечить высокую точность и достаточную дальность выброса материала, поскольку оно не имеет конструктивных возможностей для размещения и последующего разбрасывания различных материалов.

Известно пневматическое стреляющее устройство [2], которое содержит ствол, источник сжатого газа, канал, соединяющий источник сжатого газа со стволом, блокиратор и клапан. Блокиратор перекрывает канал, соединяющий источник сжатого газа со стволом. Клапан расположен вне ствола, соединен с источником сжатого газа и управляет блокиратором. При срабатывании клапана блокиратор открывает канал, соединяющий ствол с источником сжатого газа, что обеспечивает подачу сжатого газа в ствол и выстрел. Признаками, общими с заявляемым устройством, являются наличие ствола - пусковой трубы и использование энергии сжатого воздуха или газа для стрельбы снарядами. Однако известное устройство имеет недостаточную дальность выброса материала и невысокую эффективность его разброса, поскольку не содержит приспособлений для размещения и последующего разбрасывания различных материалов.

Известно устройство постановки ложных целей [3], которое предназначено для выброса материала и постановки аэрозольных образований из дипольных отражателей. Устройство включает в себя направленную вверх пусковую трубу, в нижней части которой имеется отверстие для подачи воздуха высокого давления, и снаряд, состоящий из двух камер высокого давления, одна из которых с обратным клапаном, а вторая камера с функцией задержки по времени, между ними установлен жиклер, и с загрузочного отсека с материалом, поршнем и крышкой. Снаряд выстреливается через верхний конец пусковой трубы с помощью воздуха высокого давления. Материал выпускается из снаряда в определенное время после выстрела и образует облако на заданной высоте и заданном расстоянии, что позволяет создать ложную цель и затруднить обнаружение реальной цели для противника. Признаками, общими с заявленным устройством, являются: применение пусковой трубы, обеспечивающей снаряжение снаряда воздухом высокого давления и последующее направление движения снаряда после выстрела в расчетную точку пространства; наличие в снаряде обратного клапана, позволяющего создать запас энергии сжатого воздуха и сохранить его достаточным для производства разброса вещества через определенное расчетное время; наличие жиклера между камерами высокого давления и поршневого устройства для выброса материала и использование энергии сжатого воздуха для стрельбы и разбрасывания материалов в заданной точке пространства. Однако известное устройство имеет ограниченную дальность выброса материала (до 100 м) и ограниченную его массу; ограниченный запас энергии сжатого воздуха для выброса материала, что приводит к снижению эффективности его разброса, а также увеличивает протяженность аэрозольного облака по дистанции, вызванную длительным временем перемещения выталкивающего поршня с материалом по загрузочному отсеку снаряда.

Известно также устройство [4], с помощью которого осуществляется доставка материалов по назначению, которое является наиболее близким к заявляемому изобретению по техническому результату и техническому решению задачи, принятое в качестве прототипа. Устройство включает в себя направленную вверх пусковую трубу, в нижней части которой имеется отверстие для подачи воздуха высокого давления, и снаряд, состоящий из камеры высокого давления, корпус которой выполнен в виде отрезка трубы, снизу герметично прикреплено дно с отверстием, переходящим в седло обратного клапана, верх камеры высокого давления герметично закрыт крышкой, внутри камеры высокого давления помещен обратный клапан с затвором и пружиной, к крышке зарядной камеры герметично присоединен загрузочный отсек, выполненный в виде цилиндрической тонкостенной оболочки, разрыв которой происходит при определенном давлении воздуха, камера высокого давления сообщается с загрузочным отсеком через жиклер, часть внутреннего объема загрузочного отсека заполнена материалом для разбрасывания. К нижней части камеры высокого давления крепится стабилизатор, состоящий из цилиндрической обечайки и складных лопастей, которые раскрываются при вылете устройства из пусковой трубы.

Общими с заявленным устройством признаками являются: применение пусковой трубы, обеспечивающей снаряжение снаряда воздухом высокого давления и последующее направление движения снаряда после выстрела (для доставки материала) в расчетную точку пространства; наличие в снаряде обратного клапана, позволяющего создать запас энергии сжатого воздуха; загрузочный отсек выполнен в виде цилиндрической тонкостенной оболочки и заполнен материалом; наличие стабилизатора, а также жиклера между камерой высокого давления и загрузочным отсеком; использование энергии сжатого воздуха для доставки и разбрасывания материалов в заданной точке пространства.

Недостатками известного устройства являются: невысокая надежность его работы, ограниченная (до 500 м) дальность выброса материала и ограниченность массы доставляемого материала. Ограниченный запас энергии сжатого воздуха для выброса материала снижает эффективность его использования, большие ударные нагрузки на затвор обратного клапана при выстреле снижают надежность его работы.

Заявленное изобретение свободно от указанных недостатков.

Технический результат предлагаемого устройства состоит в повышении надежности работы, дальности выброса материала и увеличении его массы, сокращении времени выброса материала и повышении эффективности его разброса.

Указанный технический результат достигается тем, что в пневматическом устройстве для доставки материалов по назначению в соответствии с заявленным изобретением пусковая труба разделена на две части шариковым замком, состоящим из корпуса с кольцевым разрезом, в котором по диаметру расположены шарики, и кольцевой заслонки с канавкой для шариков, делящей корпус на две герметичные полости, по диаметру заднего фланца камеры высокого давления сделаны две канавки под шарики и уплотнение, а вдоль оси фланца установлен впускной клапан, состоящий из корпуса и затвора с пружиной, на переднем фланце вдоль оси установлен инерционный клапан, состоящий из корпуса, пружины и затвора, который перекрывает жиклер и имеет шариковый упор в виде поперечной цилиндрической полости с пружиной и шариками, в нижней части пусковой трубы установлен поршневой затвор.

Сущность заявленного изобретения поясняется фиг.1, на которой представлена его схема в разрезе и два сечения (фиг.2).

Устройство доставки материалов, как видно из представленной на фиг.1 схемы, содержит пусковую трубу 1, разделенную на две части шариковым замком, состоящим из корпуса 2 с кольцевым разрезом, в котором по диаметру расположены шарики 3, и кольцевой заслонки 4, которая делит корпус на две герметичные полости. По диаметру заднего фланца 5 камеры высокого давления 6 сделаны канавки под шарики 3 и уплотнение 7, на оси расположено входное отверстие 8 и впускной клапан, состоящий из корпуса 9, затвора 10 и пружины 11. Вдоль оси переднего фланца 12 камеры высокого давления 6 установлен инерционный клапан, состоящий из корпуса 13, пружины 14 и затвора 15 с шариковым упором, выполненным в виде поперечной цилиндрической полости с пружиной 16 и двумя шариками 17. К переднему фланца 12 камеры высокого давления 6 герметично крепится загрузочный отсек с материалом 18, выполненный в виде тонкостенной цилиндрической оболочки. Между камерой высокого давления 6 и загрузочным отсеком с материалом 18 установлен жиклер 19. К заднему фланцу 5 камеры высокого давления 6 жестко крепится стабилизатор 20 с лопастями. В задней части пусковой трубы 1 герметично установлен поршневой затвор 21.

Работа предлагаемой полезной модели осуществляется следующим образом. Устанавливается пусковая труба 1 в горизонтальное положение. Выкручивается поршневой затвор 21 из задней части пусковой трубы 1 и вставляется туда устройство пуска. В начальный момент затвор 15 инерционного клапана перекрывает жиклер 19, за счет поджатия пружиной 14, при этом шариковый упор закрыт, и два шарика 17 с пружиной 16 находятся внутри поперечной цилиндрической полости затвора. Затем закручивается поршневой затвор 21, который подпирает устройство пуска таким образом, что канавка заднего фланца 5 встает под шариками 3. При этом кольцевая заслонка 4 шарикового замка расположена в крайнем верхнем положении, его канавка находится над шариками 3, и они свободны, что позволяет вставить устройство пуска в пусковую трубу 1. После этого подается управляющий воздух высокого давления P₁ в верхнюю герметичную полость корпуса шарикового замка 2, что приводит к перемещению заслонки 4 до упора в крайнее нижнее положение и запирает шарики 3 в канавке заднего фланца 5. Таким образом, устройство пуска зажато шариками 3 в нижней части пусковой трубы 1. После этого подается сжатый воздух заданного давления P₀ в заднюю часть пусковой трубы 1. При этом открывается затвор впускного клапана 10 в камере высокого давления 6, и она заполняется воздухом высокого давления. Одновременно воздухом высокого давления заполняется задняя полость пусковой трубы 1, ограниченная поршневым затвором 21 и задним фланцем 5 с уплотнением 7 камеры высокого давления 6. По окончанию заполнения сжатым воздухом до заданного давления его подача перекрывается. Устройство в целом готово к стрельбе и доставке материалов. Устанавливается пусковая труба в заданном направлении и положении к горизонту. Для проведения выстрела подается управляющий воздух высокого давления P₂ в нижнюю герметичную полость корпуса шарикового замка 2, что приводит к перемещению заслонки 4 до упора в крайнее верхнее положение, при этом его канавка находится над шариками 3 и они освобождают задний фланец 5. Предназначенный для доставки материал выстреливается из пусковой трубы 1. При этом под действием сил инерции и пружины 11 впускного клапана затвор 10 герметично перекрывает входное отверстие 8 в камере высокого давления 6. Одновременно затвор инерционного клапана 15 будет по инерции перемещаться вниз и откроет шариковый упор, шарики 18 под действием пружины 16 на половину выйдут из цилиндрической полости и заклинят затвор, что откроет жиклер 19, и воздух высокого давления будет перетекать в загрузочный отсек с материалом 18. При достижении определенного значения давления воздуха в загрузочном отсеке тонкостенная цилиндрическая оболочка разорвется и разбросает материал в заданной точке. Время перетекания воздуха из камеры высокого давления 6 в загрузочный отсек с материалом определяется диаметром жиклера 19, а также толщиной и материалом тонкостенной цилиндрической оболочки, что позволяет обеспечить заданную дальность выброса материала.

Примеры конкретной реализации заявленного устройства.

В процессе проведения теоретических и экспериментальных исследований пневматического устройства для доставки материалов были определены его оптимальные параметры. На их основе был изготовлен работоспособный макет. Апробация макета заявленного изобретения осуществлялась в режиме реального времени на лабораторной базе Санкт-Петербургского государственного университета.

Результаты исследований показали, что за счет устранения больших ударных нагрузок на затвор обратного клапана при выстреле, повышения запаса энергии сжатого воздуха в камере высокого давления газодинамического устройства доставки, заявленное изобретение имеет более высокую надежность работы, по сравнению с прототипом, за счет устранения больших ударных нагрузок на затвор обратного клапана при выстреле, путем изменения конструкции, а также позволяет существенно увеличить дальность доставки материала и его массу по сравнению с известными устройствами примерно в 2-3 раза.

В таблице 1, в качестве примера, приведены значения дальности заброса материала в зависимости от величины давления воздуха при выбросе.

Таблица 1 Давление воздуха (атм) 40 60 80 100 Дальность (м) 570 810 950 1120

Результаты испытаний показали, что заявленное пневматическое устройство доставки материалов позволяет сократить время выброса материала и повысить эффективность его разброса, за счет повышения запаса энергии сжатого воздуха в камере высокого давления газодинамического устройства доставки практически до 98% от давления воздуха при выстреле (ранее оно не превышало 50%).

Технико-экономическая эффективность заявленного устройства позволяет с высокой точностью осуществлять доставку материалов по назначению, повышает надежность и эффективность устройства, что существенно расширяет область его применимости для решения разных экологических проблем, а также достижения таких прикладных целей как проведения метеорологических исследований, искусственного сброса снежных лавин, тушения пожаров, проведения дегазации и дезактивации местности; для локализации распространения нефтяных пятен на поверхности воды и других чрезвычайных ситуаций, где необходимо исключить нахождение человека в опасной зоне и обеспечить доставку материала для рассеяния его в зоне назначения.

Источники информации

1. Патент США №5365913 A от 22.11.94. Заявка №9393158 от 20.07.93.

2. Патент США 5370033 A от 6.12.94. Заявка №93129726 от 30.09.93.

3. Патент № WO 79/00658 от 06.09.79. Заявка № PCT/SE 79/00039 от 22.02.79.

4. Патент №2304269 от 10.08.07. Заявка №2005140175 от 23.12.05 (прототип).

Изобретение предназначено для доставки материалов с высокой точностью в заданную точку пространства. Может быть использовано для проведения метеорологических исследований, для искусственного сброса снежных лавин, для тушения пожаров и для локализации распространения нефтяных пятен на поверхности воды. Пневматическое устройство состоит из пусковой трубы, разделенной на две части шариковым замком, камеры высокого давления с клапаном, стабилизатора и загрузочного отсека с материалом. Использование изобретения повышает надежность работы, увеличивает дальность заброса материала и его массу, сокращает время доставки материала. 1 табл., 2 ил.

Пневматическое устройство для доставки материалов по назначению, содержащее пусковую трубу и устройство, состоящее из камеры высокого давления с клапаном, стабилизатора и загрузочного отсека с материалом, выполненном в виде тонкостенной цилиндрической оболочки, между ними установлен жиклер, отличающееся тем, что пусковая труба разделена на две части шариковым замком, состоящим из корпуса с кольцевым разрезом, в котором по диаметру расположены шарики, и кольцевой заслонки с канавкой для шариков, делящей корпус на две герметичные полости, по диаметру заднего фланца камеры высокого давления сделаны две канавки под шарики и уплотнение, а вдоль оси фланца установлен впускной клапан, состоящий из корпуса и затвора с пружиной, на переднем фланце вдоль оси установлен инерционный клапан, состоящий из корпуса, пружины и затвора, имеющего шариковый упор в виде поперечной цилиндрической полости с пружиной и шариками, в нижней части пусковой трубы установлен поршневой затвор.