Стартовое устройство Российский патент 2023 года по МПК B64C39/00 

Предлагаемое устройство относится к стартовым устройствам (катапультам) и может использоваться для запуска разнообразных объектов из стационарных и мобильных установок носителей различных классов (морских, авиационных, наземных).

Наиболее эффективно применение устройства в качестве запуска беспилотных летательных аппаратов.

Известно стартовое устройство (см. пат. РФ №1327441, МПК B64F1/06, F15B15/02, Кирпикин Ф.И., Кирпикин А.Ф., опубл. 27.12.1995г.), в котором в качестве разгонного стартового механизма применяют эластичную гидрокамеру, охваченную прядями тяговых элементов, составленных из гибких и упругих нитей, соединенных без их отрыва с рамой и стартовой кареткой. Натяжением гибких и упругих нитей создают ускорение разгона стартовой каретки и установленного на ней запускаемого объекта.

Недостатком устройства является конструктивная сложность, незначительный разгонный путь, сложность хранения, транспортировки, установки и низкие технические характеристики.

Известно стартовое устройство с размещением беспилотного летательного аппарата (БПЛА) разведки и целеуказания типа KZO разработки немецкого концерна STN Ftlas (Справочное пособие «Беспилотные летательные аппараты», г. Воронеж, Научная книга, 2015г., стр. 182-185).

Система старта, транспортирования и хранения БПЛА – контейнерная. Контейнер размещается на колесном автомобильном шасси. Старт БПЛА KZO осуществляется из наклонной контейнерной пусковой установки с помощью стартового ракетного двигателя (РД).

Схема запуска ракетных двигателей проточная (открыты передняя и задняя крышки контейнера пусковой установки).

Сложенное транспортное положение крыльев, а раскрытие консолей крыла БПЛА KZO (см. https://wikipedia.org/wiki/KZO) из сложенного транспортного положения в полетную конфигурацию осуществляется внутри контейнера пусковой установки до запуска стартового ракетного двигателя.

Данное устройство не позволяет разместить БПЛА с крылом большого удлинения в малогабаритном транспортно-пусковом контейнере (ТПК), что ограничивает его размещение на авиационном и морском носителе. Ограничивает также возможности оперативного выбора стартовой позиции.

Схема компоновки БПЛА в ТПК, являющимися многоразовыми, применение стартового ракетного двигателя, обладают коротким ресурсом эксплуатации и не обеспечивает скрытность запуска объекта.

Известна пусковая установка (см. патент RU №2 714 616, МПК B64С39/02, B64C3/38, B64C3/56, Леонов А.Г., Зимин С.Н., Измалкин О.С, Асатуров С.М., опубл. 19.02.2020г., Бюл. №5) для многоразового БПЛА в транспортно-пусковом контейнере.

БПЛА содержит стартово-разгонную ступень (СРС), которую отделяют после раскрытия и фиксации полетного положения оперения и корневых частей консолей крыла БПЛА. В транспортно-пусковом контейнере (ТПК) на внутренней цилиндрической поверхности корпуса установлены направляющие с опорными накладками. Выполнены с возможностью перемещения по ним БПЛА.

Размещение запускаемого объекта в малогабаритном ТПК с минимальными ограничениями по базированию позволяет оперативно использовать многоразовый БПЛА стратегического назначения на любых типовых авиационных, морских и наземных носителях.

Однако применение в ТПК направляющих для БПЛА может привести к механическому повреждению ТПК и БПЛА и не позволяет использовать БПЛА с другими массогабаритными характеристиками, что ограничивает функциональные возможности устройства. Применение в БПЛА стартово - разгонной ступени в виде реактивного двигателя существенно усложняет конструкцию запускаемого объекта, снижает долговечность устройства и не обеспечивает скрытность процесса запуска.

Наиболее близким из существующих по техническому решению является пусковое устройство (см. патент RU №2771300, МПК B64F 1/04, F41F 3/042, F41F 7/00, Сысоев С.Н., Черкасов Ю.В., Федин А.В., Федина М.А., опубл. 09.04.2022г., Бюл. №13) для многоразовых беспилотных летательных аппаратов в транспортно-пусковом контейнере. Устройство содержит транспортно-пусковой контейнер с установленным в нем запускаемым объектом и разгонное устройство, выполненное в виде торообразного пневматического привода, охватывающего запускаемый объект. Разгон запускаемого объекта осуществляется силовым воздействием на него торообразной камеры. Применяется способ работы камерных приводов, использующий эффективную площадь для управления силовым воздействием (см. патент RU № 286379 «Способ управления перемещением штока камерного привода» МПК B25J 13/00, F01 B 19/00, F04 B 43/00, Сысоев С.Н., опубл.10.06.2016г., Бюл. №16). В исходном положении, когда запускаемый объект симметрично обхватывается торообразной камерой, эффективная площадь торцевых поверхностей одинакова, независимо от величины давления в ней, и выталкивающая сила равна нулю. Как только объект начинает выходить из камеры, увеличивается эффективная площадь торцевых поверхностей со стороны запуска и соответственно выталкивающая сила.

Устройство устраняет возможности механических повреждений запускаемого объекта в процессе транспортировки и запуска, расширяет универсальность применения путем увеличения типов запускаемых объектов по массогабаритным характеристикам.

Однако применение запускаемых объектов с меньшими габаритными размерами уменьшает эффективность работы устройства. Это связано с тем, что величина разгонного пути определяется длиной запускаемого объекта, а тяговое усилие - его радиальным размером. При использовании максимально возможной величины давления рабочей среды в торообразной камере применение запускаемых объектов с меньшими габаритными размерами уменьшает эффективность работы устройства.

Задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности работы стартового устройства с расширенными типоразмерами запускаемого объекта.

Поставленная задача достигается тем, что в стартовом устройстве, включающем корпус транспортно-пускового контейнера с установленной в нем торообразной камерой разгонного устройства, охватывающей запускаемый объект и соединенной с линией давления питания рабочей среды, а со стороны, противоположной направлению запуска объекта, корпус закрыт крышкой, камера, образованная в корпусе торообразной камерой и крышкой, выполнена герметичной с возможностью соединения с пневмолинией питания, а по оси на торообразной камере со стороны, противоположной направлению запуска объекта, в исходном положении запускаемого объекта, закреплена пластина, размером меньшим наружного диаметра торобразной камеры.

В стартовом устройстве с целью повышения безопасности транспортировки и эффективности эксплуатации в корпусе транспортно-пускового контейнера со стороны направления запуска объекта может быть установлена защелка, выполненная с возможностью фиксации и расфиксации торообразной камеры в исходном положении перед запуском объекта.

Пример предлагаемого устройства представлен на чертежах, где показаны этапы подготовки (фиг. 1) и этапы работы стартового устройства (фиг. 2).

В стартовом устройстве (фиг. 1, а) запускаемый объект 1 устанавливают в контейнер, выполненный из корпуса 2, внутри которого закреплена торообразная герметичная гибкая оболочка 3, образующая камеру А, выполненную с возможностью соединения с источником питания воздухом. Контейнер закрыт крышкой 4 со стороны, противоположной направлению запуска объекта 1, образуя герметичную камеру Б, выполненную с возможностью соединения с источником питания воздухом.

На торообразной камере 3 со стороны, противоположной направлению запуска объекта, в исходном положении запускаемого объекта, закреплена пластина 5, размером меньшим наружного диаметра камеры.

На корпусе 2 контейнера установлена защелка 6, выполненная с возможностью фиксации и расфиксации торообразной оболочки 3 в её крайне правом положении.

Принцип работы заключается в использовании эффективной площади камеры для реализации направления и величины силового воздействия на подвижный элемент. Эффективная площадь камеры зависит от соотношения её торцевых кольцеобразных поверхностей. Если они одинаковы, то при любой величине давления рабочей среды в камере А она будет неподвижна.

В исходном среднем осевом расположении торообразной оболочки 3 в корпусе 2 камера Б соединена с атмосферой.

Для установки запускаемого объекта 1 в контейнер (фиг. 1, б) в камере А создают давление воздуха p_з, величина которого достаточна для формирования торовой формы камеры. Затем соединяют камеру Б с пневмодавлением питания рабочей среды, создавая в ней давление p_у1 , достаточное для её перемещения в сторону направления запуска объекта.

После занятия торообразной камерой 3 крайнего левого положения вводят запускаемый объект в камеру 3, соединяя камеру Б с атмосферой (фиг.1, в). Установка запускаемого объекта может продолжаться созданием давления разрежения воздуха в камере Б (фиг. 1, г). Торообразная камера перемещается силовым воздействием от давления на неё торцевую поверхность в камере Б и занимает крайнее правое положение. При этом, пластина 5 выходит из охватывающей её оболочки 3, увеличивается эффективная площадь правой торцевой поверхности камеры, возникает сила фиксации F_ф1, направленная в сторону, противоположную направлению запуска объекта 1. Кроме этого поворачивается защелка 6, препятствуя выворачиванию и перемещению торообразной камеры 3 влево (фиг. 1, д).

Устройство подготовлено к транспортировке. Величина давления воздуха в камере А может быть повышена в зависимости от условий внешних силовых воздействий возможных транспортных ускорений для предотвращения повреждений запускаемого объекта.

Для запуска стартового устройства в камере А повышают давление воздуха до давления p₁, позволяющего развить требуемое ускорение разгона запускаемого объекта (фиг. 2, а). При этом на запускаемый объект не действует выталкивающая из торообразной оболочки сила, а также его возможное осевое перемещение ограничено фиксатором 5 и силовым воздействием F_ф1 на камеру 3 .

Для пуска объекта 1 полость Б соединяют с пневмолинией избыточного давления (фиг. 2, б). Повышение величины давления первоначально не приводит к выворачиванию торообразной камеры, так как она удерживается защелкой 6 и силовым воздействием F_ф1.

Только при достижении требуемого усилия F_р1 от давления разгона p_р1 пластина 5 вворачивается в оболочку 3, обхватывается ей и усилие F_р1 становится равным нулю. Также при достижении требуемого усилия F_р2 оболочка выворачиваясь, перемещает защелку 6, убирая ограничение на перемещение камеры влево, разгоняя объект 1 (фиг. 2, в).

При этом объект 1 перемещается относительно камеры 3 и увеличивается эффективная площадь её левой торцевой поверхности. Возникающая толкающая сила F_р2 дополнительно разгоняет объект 1 (фиг. 2, г).

Запуск объекта 1 стартовым устройством завершается (фиг. 2, д).

Таким образом, предложенное техническое решение упрощает конструкцию стартового устройства, устраняет влияние габаритных размеров запускаемого объекта на скоростные характеристики устройства. Универсальность устройства обеспечивается путем расширения типов запускаемых объектов по габаритным характеристикам. При одинаковых габаритных размерах контейнера создание и использование дополнительной камеры позволяет увеличить тяговое усилие разгона запускаемого объекта и автоматизировать этап подготовки к работе устройства.

Моделирование, макетирование, проведенные натурные исследования предлагаемого устройства подтвердили его работоспособность, эффективность и промышленную применимость.

Стартовое устройство содержит корпус транспортно-пускового контейнера с установленной в нем торообразной камерой разгонного устройства, которая охватывает запускаемый объект и не соединена с линией давления питания рабочей среды, со стороны, противоположной направлению запуска объекта, корпус закрыт крышкой. Камера, образованная в корпусе торообразной камерой и крышкой, герметична и соединена с пневмолинией питания. По оси на торообразной камере со стороны, противоположной направлению запуска объекта, в исходном положении запускаемого объекта, закреплена пластина размером, меньшим наружного диаметра торообразной камеры. Установлена защелка, которая фиксирует торообразную камеру в исходном положении и расфиксирует перед запуском объекта. Технический результат - упрощение конструкции и повышение эффективности работы стартового устройства с расширенными типоразмерами запускаемого объекта. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Стартовое устройство, включающее корпус транспортно-пускового контейнера с установленной в нем торообразной камерой разгонного устройства, охватывающей запускаемый объект и соединенной с линией давления питания рабочей среды, а со стороны, противоположной направлению запуска объекта, корпус закрыт крышкой, отличающееся тем, что камера, образованная в корпусе торообразной камерой и крышкой, выполнена герметичной с возможностью соединения с пневмолинией питания, а по оси на торообразной камере со стороны, противоположной направлению запуска объекта, в исходном положении запускаемого объекта, закреплена пластина размером, меньшим наружного диаметра торообразной камеры.

2. Стартовое устройство по п. 1, отличающееся тем, что в корпусе транспортно-пускового контейнера со стороны направления запуска объекта установлена защелка, выполненная с возможностью фиксации и расфиксации торообразной камеры в исходном положении перед запуском объекта.