Транспортно-пусковой контейнер с неравномерным обогревом Российский патент 2023 года по МПК F41F3/42 H05B3/14 H05B3/18 H05B3/56 

Заявляемое изобретение относится к военной технике и предназначено для обеспечения обогрева ракет, для транспортирования, хранения и запуска которых необходим транспортно-пусковой контейнер (ТПК), в том числе герметичных и универсального базирования.

При транспортировании и хранении некоторые отсеки ракеты требуют поддержания заданного температурного режима. В настоящее время существует проблема с обогревом отдельных областей ТПК - с подводом к ним необходимого количества тепла заданной температуры.

Известны следующие устройства.

Универсальный транспортно-пусковой агрегат [1.] подвижного берегового ракетного комплекса содержит установленный на автомобильном шасси транспортный модуль, во внутреннем объеме которого смонтировано пусковое устройство с установленными на нем ракетами в транспортно-пусковых стаканах. Обогрев ракет осуществляется за счет обогрева транспортного модуля, в котором установлены по меньшей мере два воздушных отопителя, датчик температуры и комплект воздуховодов, обеспечивающих режим рециркуляции воздуха в транспортном модуле, а также блок управления температурным режимом.

Недостатком данного транспортно-пускового агрегата является неэффективное использование тепловой энергии, которая расходуется на обогрев элементов конструкции транспортного модуля. Также недостатком является отсутствие обогрева ракет при открытых верхних створках и люках.

Известна мобильная пусковая система [2.], содержащая транспортное средство с рамой, на которой с возможностью поворота в вертикальной плоскости смонтирована качающаяся часть, выполненная с возможностью установки на ней по меньшей мере одного ТПК, систему для обеспечения и/или поддержания во внутреннем объеме ТПК заданного температурно-влажностного режима, включающую установленный на раме транспортного средства агрегат для подготовки подаваемого в ТПК воздуха, который связан с напорным и отводным воздуховодами.

Недостатком описанной системы температурно-влажностного режима и ТПК является увеличение габаритных размеров ТПК из-за воздушных зазоров между ракетой и ТПК для беспрепятственного циркулирования воздушных масс, обеспечивающих обогрев. Применение указанной мобильной пусковой системы невозможно для ракет, требующих хранения в герметичных (ампуализированных) ТПК.

Известно устройство [3.] для регулирования внутренней температуры контейнера для запуска управляемого транспортного средства, температурный режим которого регулируется несколькими нагревательными узлами, расположенными внутри контейнера и работающими на принципе преобразования электрической энергии в тепловую.

Недостатком данного устройства является увеличение внешних габаритов, обусловленное увеличением внутреннего объема из-за расположения нагревательных узлов внутри контейнера. Наличие большого числа нагревательных узлов и соединения между ними усложняет конструкцию контейнера и ограничивает возможность размещения летательного аппарата внутри контейнера

Известен стеклопластиковый нагреватель на основе углеродных волокон [4.] преимущественно для нагрева жидких и газовых сред до температуры 250°С. Нагреватель содержит нагревательный элемент в виде тканой углеродной однонаправленной ленты из углеродных волокон в виде нитей. Лента намотана в виде трубного элемента, помещенного в корпус, выполненный из стеклопластика и фенолоформальдегидной смолы. Каждый конец тканой углеродной ленты сопряжен путем совместного перегиба ленты с пластиной из металлической ленты с питающим электрическим проводом посредством металлического хомута.

Недостатком нагревателя является недолговечность. Подведение большой мощности к концам ленты будет приводить к повышенному нагреву в местах перехода металл - углеволокно из-за разного поверхностного сопротивления и, как следствие, со временем - к перегреву и нарушению электрического контакта. Также недостатком является ограничение габаритных размеров данного нагревателя длиной выпускаемой промышленностью углеродной ленты.

Известен многозонный распределительный нагреватель [5.], содержащий металлический корпус, имеющий открытую поверхность, множество незащищенных электрических нагревательных элементов, расположенных в соответствующих зонах корпуса, множество проводов, соединяющих нагревательные элементы с источником питания, и блок управления для независимого управления температурой нагревательных элементов.

Недостатком нагревателя является сложность конструкции из-за наличия множества нагревательных элементов и блока управления температурой.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является трубчатый электрический нагревательный элемент [6.], содержащий трубчатый кожух и накрученный на него по меньшей мере один спиралевидный нагревательный элемент, удерживаемый на кожухе. При этом навивка нагревательного элемента на концах кожуха плотная, а в центральной части - широкими витками, так что на концах кожуха образуется сильно нагретая зона, а в центральной части кожуха - слабо нагретая зона.

Недостатком прототипа является изменение температуры нагрева зон только за счет изменения шага спиралевидного нагревательного элемента, а не за счет изменения его температуры, что ограничивает сферу его применения. При увлечении шага намотки будет увеличиваться неравномерность нагрева зоны слабого нагрева кожуха из-за инертности распределения тепла от каждого витка. Применение данного изобретения для изделий больших габаритных размеров, изготовленных из неметаллических материалов с низкой теплопроводностью, неэффективно.

Также недостатком является то, что нагревательный элемент представляет собой непрерывную спираль. В случае повреждения любого ее участка весь нагревательный элемент выйдет из строя.

Целью предлагаемого изобретения является создание ТПК из композитного материала с неравномерным обогревом на протяжении его длины.

ТПК с неравномерным обогревом выполнен в виде цилиндрической многослойной тонкостенной оболочки из композитного материала и содержит верхнюю и нижнюю крышки с уплотнениями. Между слоями оболочки по всей ее длине намотана углеволоконная нить и установлены тоководы из металлической ленты. Намотка углеволоконной нити выполнена неравномерно по винтовой линии, при этом витки нити не прилегают друг к другу.

Устройство поясняется чертежами. На фиг. 1, 2 изображена схема ТПК с верхней крышкой 1, нижней крышкой 2 и многослойной тонкостенной оболочкой 3, между слоями которой располагаются углеволоконная нить 4, токовод 5 положительной полярности и токовод 6 отрицательной полярности.

Намотка нити 4 выполнена по винтовой линии, при этом витки нити 4 образованы неравномерной укладкой без прилегания друг к другу. Тоководы 5, 6 радиально удалены друг от друга. Нить 4 в местах пересечения с тоководами 5, 6 имеет электрический контакт.

Витки нити 4 являются нагревательными элементами, имеющими параллельное электрическое подключение через тоководы 5, 6.

Подведение электрического напряжения к тоководам может быть реализовано через герметичную вилку, установленную на нижней крышке ТПК. Тоководы, выведенные на внутреннюю поверхность ТПК, могут быть электрически соединены с вилкой посредством гибкого провода в районе нижней крышки.

Намотка нити по винтовой линии без прилегания ее витков друг к другу позволяет менять угол намотки независимо от шага намотки витков. В зависимости от угла намотки меняется длина нагревательных элементов, и, соответственно, меняются их сопротивление и температура нагрева элементов и областей ТПК. В заявляемом техническом решении намотка выполнена неравномерно: области с намоткой под большим углом и с намоткой под меньшим углом определяются, исходя из потребностей в обогреве различных областей ТПК. Так как плотность намотки может не меняться, а температура изменяться за счет того, что каждый виток нити представляет собой отдельный нагревательный элемент, достигается равномерность обогрева отдельных областей ТПК. В связи с этим заявляемое изобретение может применяться для ТПК, изготовленных из неметаллических материалов с низкой теплопроводностью.

Техническим результатом является создание ТПК из композитного материала с неравномерным обогревом на протяжении его длины.

Преимуществами заявляемого ТПК являются:

- долговечность за счет отсутствия высоконагруженных электрических соединений;

- эффективность расхода энергии за счет возможности изменения угла и шага намотки витков нити;

- возможность работы электрической цепи во всех рядах номинальных напряжений постоянного тока;

- возможность изготовления в герметичном исполнении для обеспечения влажностного режима и при технических ограничениях, связанных с отсутствием средств для обеспечения воздушного обогрева;

- равномерность распределения тепла в корпусах ТПК с низкой теплопроводностью;

- возможность обеспечения обогрева через донный разъем аппаратуры предстартовой подготовки и пуска ракеты;

- отсутствие ограничений, связанных с длиной выпускаемой промышленностью углеволоконной нити: намотка может проводиться из нескольких отрезков нити, не соединенных друг с другом.

Устройство может быть выполнено с помощью стандартного оборудования и материалов отечественного производства. Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию «промышленная применимость».

Источники

1. Пат. на ПМ 165871 RU, МПК (2006.01) F41F 3/04. Универсальный транспортно-пусковой агрегат / Дергачев А.А. и др. - Заявл. 21.03.2016; опубл. 10.11.2016, Бюл.№31.

2. Пат. на ITM 187952 RU, МПК (2006.01) F41F 3/04. Мобильная пусковая система для транспортирования и пуска ракет из транспортно-пусковых контейнеров / Пантелеев А.В. и др. - Заявл. 26.06.2017; опубл. 25.03.2019, Бюл.№9.

3. Пат. 1017882580000 KR, МПК F41F 3/04 и др. Device for controlling interior temperature and apparatus for launching guided vehicle having same / Park J.Y., Lee S.J., Park J.W. - Заявл. 25.11.2016; опубл. 19.10.2017.

4. Пат. на ПМ 205785 RU, МПК (2006.01) Н05В 3/48. Стеклопластиковый нагреватель на основе углеродных волокон / Кургузов В.Н. и др. - Заявл. 09.02.2021; опубл. 11.08.2021, Бюл. №23.

5. Пат. 4721847 US, МПК Н05В 3/48 и др. Multiple zoned runner distributor heater / Leverenz David. - Заявл. 08.01.1986; опубл. 26.01.1988.

6. Пат. 000019538205 DE, МПК H05B 3/48. Tubular electric heating element. - Заявл. 13.10.1995; опубл. 13.02.1997.

7. Тимофеев, Н.Е. Основы производства изделий из стеклопластика: учебное пособие / Н.Е. Тимофеев, И.А. Абдуллин, О.И. Белобородова, Г.Г. Богатеев. - Казань: КНИТУ, 2006. - 160 с. - Раздел 3.3.

8. Пат. 2022 04 78 31 JP, МПК Н05 В 3/48. Sheath type heater / Yamaguchi N. - Заявл. 14.09.2020; опубл. 25.03.2022.

9. Пат. на ПМ 94 398 RU, МПК (2006.01) Н05 В 3/28. Электронагревательное устройство (варианты) / Маслов В.В. - Заявл. 16.10.2009; опубл. 20.05.2010, Бюл. №14.

10. Пат. на TIM211387RU, МПК (2006.01) F24H 3/00 и др. Электрообогреватель / Хейфец М.В. - Заявл. 13.08.2021; опубл. 02.06.2022, Бюл. №16.

11. Пат. на ПМ 8861 RU, МПК (2006.01) Н05 В 3/28. Электронагреватель / Насибуллин Р.Ш., Свиридов Ф.П., Седов Н.А. - Заявл. 16.03.1998; опубл. 16.12.1998.

12. Пат.2246186 RU, МПК (2006.01) Н05 В 3/48 и др. Электрический нагревательный элемент / Котов В.И. - Заявл. 27.08.2003; опубл. 10.02.2005, Бюл. №4.

13. Пат. на ПМ 169667 RU, МПК (2006.01) Н05 В 3/18. Электрообогреватель / Коренев М.С.- Заявл. 26.10.2016; опубл. 28.03.2017, Бюл. №10.

14. Пат. 106288953 CN, МПК F41F 3/04 и др. Light heat preservation ventilating device used on carrier rocket launching platform / Zhang Luo и др. - Заявл. 07.11.2016; опубл. 04.01.2017.

15. Пат.4397215 US, МПК F41F 3/00, F41F 3/04. System for controlling the temperature of the upper end of a missile / Stroud Vernon. - Заявл. 06.02.1981; опубл. 09.08.1983.

Изобретение относится к военной технике, а именно к транспортно-пусковым контейнерам (ТПК), и предназначено для хранения, транспортирования и запуска ракет с возможностью неравномерного обогрева. ТПК выполнен в виде цилиндрической многослойной тонкостенной оболочки из композитного материала. Содержит верхнюю и нижнюю крышки с уплотнениями. Между слоями оболочки по всей ее длине намотана углеволоконная нить и установлены тоководы из металлической ленты. Намотка углеволоконной нити выполнена неравномерно по винтовой линии, при этом витки нити не прилегают друг к другу. Достигается возможность неравномерного по длине обогрева ракеты в ТПК. 2 ил.

Транспортно-пусковой контейнер с неравномерным обогревом, выполненный в виде цилиндрической многослойной тонкостенной оболочки из композитного материала, между слоями которой по всей длине намотана углеволоконная нить и установлены тоководы из металлической ленты, и содержащий верхнюю и нижнюю крышки с уплотнениями, отличающийся тем, что намотка углеволоконной нити выполнена неравномерно по винтовой линии, при этом витки нити не прилегают друг к другу.