ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ СТЕНД
HYDRODYNAMIC TEST BENCH

Изобретение относится к области экспериментальной техники и может быть использовано для испытаний различных подводных объектов и пусковых устройств, в частности, пусковых устройств торпедных аппаратов.
Известны гидродинамические стенды для технологических испытаний торпедных аппаратов (подводных пусковых устройств), например стенды для испытаний торпедных аппаратов, в которых используется самовыход торпед - стенд по патенту РФ №2203469, МПК F41F 3/10, 2003, включающий резервуар с водой, имитирующий забортную среду, тросовую линию, определяющую направление свободного перемещения стартующей торпеды в баке, устройство ее торможения и остановки при завершении испытания, а также измерительно-регистрирующую и пусковую аппаратуру.
Недостатками такого стенда являются большие габариты, отсутствие имитации забортного давления, невозможность испытаний пусковых устройств с силовыми установками динамического разгона изделия (макета подводного аппарата) до необходимых для его безопасного отделения от подвижного подводного носителя скоростей выхода за срез пусковой трубы.
Для исключения перечисленных недостатков разрабатываются гидродинамические стенды, содержащие прочную, заполняемую водой камеру, в которой организуется демпфирующая воздушная полость, используемая для создания необходимого гидростатического давления в камере перед началом испытаний и имитационных условий для реализации выхода подводного аппарата за обводы его носителя.
Наиболее близким к настоящему изобретению по устройству и принятым в качестве прототипа является гидродинамический стенд по патенту РФ №2398199 (МПК G01M 10/00, 2010). Согласно патенту гидродинамический стенд содержит камеру, заполненную водой, направляющие дорожки для подводного аппарата, устройство для его торможения, воздушную демпфирующую емкость, систему установки гидростатического давления и узел крепления пускового устройства подводного аппарата. Особенность гидродинамического стенда заключается в том, что в камере размещены подвижная перегородка для разграничения демпфирующей емкости и воды, выполненная в виде поршня с ограничивающим его ход упором и замыкателем для фиксации конечного положения поршня; переборка с откидывающейся крышкой, формирующая расходную (шлюзовую) полость, в которой установлен быстроразъемный узел крепления пускового устройства подводного аппарата, частично расположенного вне камеры, причем расходная полость и камера оснащены системой уравнивания давления с демпфирующей емкостью. Благодаря такому выполнению, обеспечивается приближение режима пуска подводных аппаратов к реальным условиям их работы на глубине.
Однако такое устройство обладает рядом недостатков.
Сборка и монтаж подобного стенда с обязательным обеспечением соосности пускового устройства, направляющих элементов стенда при движении объекта во время испытания и тормозного устройства подводного аппарата являются сложными и трудоемкими задачами. Существенных трудовых и энергетических затрат требуют операции по снятию давления в демпфирующей полости стенда ввиду необходимости ее полного опорожнения, что отрицательно сказывается на расходе используемого воздуха среднего давления и, как следствие, ресурсе компрессоров, расходе электроэнергии и других факторах.
В настоящее время динамический пуск подводного аппарата с носителя часто производится не только в горизонтальной плоскости, но и под некоторым положительным углом к горизонту, который может достигать 90°. В этом случае влияние угла расположения пускового устройства на динамические выходные характеристики подводного аппарата может быть весьма существенным. Упомянутый ранее гидродинамический стенд, принятый за прототип, позволяет имитировать пуск подводного аппарата только в горизонтальной плоскости.
Технической задачей настоящего изобретения является разработка конструкции гидродинамического стенда, не имеющего перечисленных выше недостатков, а также обладающего возможностью технологически малозатратной перенастройки стенда под установку и проведение испытаний различных исследуемых объектов.
Технический результат изобретения достигается за счет того, что в гидродинамическом стенде, содержащем частично заполненный жидкостью замыкаемый днищами резервуар-имитатор забортной среды, имеющий газовую демпфирующую полость, систему установки в нем имитируемого гидростатического давления, шлюзовую камеру с пусковой установкой с размещенным в ней в исходном положении подводным аппаратом, днища внутри резервуара стянуты штангами с закрепленными на них направляющими элементами для движения подводного аппарата, устройством торможения последнего и его остановки, блоком управления и регистрации с набором датчиков положения и параметров движения подводного аппарата, а также работы пусковой установки и гидродинамического стенда. Днище резервуара-имитатора с жестко закрепленными на нем шлюзовой камерой и размещенным в ней пусковым устройством снабжено опорной тележкой с возможностью ее перемещения относительно корпуса резервуара-имитатора по неподвижно установленным направляющим. Этим обеспечивается возможность перенастройки стенда под другие исследуемые объекты.
Часть демпфирующей газовой полости оформлена в виде конструктивно размещенного отдельно ресивера, с помощью невозвратного клапана соединенного с другой, расположенной непосредственно в резервуаре-имитаторе частью демпфирующей газовой полости, для выравнивания в них давления.
Имитация условий пуска подводного аппарата под углом к горизонту осуществляется за счет того, что снаряженный резервуар-имитатор выполнен поворотным, для чего оснащен устройствами его подъема и фиксации в вертикальной плоскости под заданным углом к горизонтальной плоскости. При этом для исключения необходимости расположения стенда на большой высоте от пола помещения в последнем может быть предусмотрена технологическая щель, в которой при повороте стенда будет размещаться выступающее за габариты его корпуса пусковое устройство подводного аппарата.
Сущность настоящего изобретения отражена на чертежах:
- на Фиг.1 - продольное сечение стенда;
- на Фиг.2 - поперечное сечение А-А стенда;
- на Фиг.3 - общий вид стенда в положении максимального угла отклонения относительно горизонта.
Стенд содержит (Фиг.1) прочный резервуар-имитатор 1, включающий обечайку 2, замыкаемую днищами 3 и 4, стянутыми при помощи штанг 5, заполненный жидкостью 6 так, что в верхней части резервуара-имитатора образована демпфирующая полость 7. На днище 3 герметично установлены шлюзовая камера 8 с откидывающейся крышкой 9 и пусковой блок 10, обеспечивающий пуск макета 11 подводного аппарата. На штангах 5 неподвижно закреплены (Фиг.2) рамочные кронштейны 12 с направляющими элементами 13, а также (Фиг.1) тормозное устройство 14, задняя часть которого размещена в установленной в днище 4 технологической камере 15, обеспечивающей доступ к задней крышке устройства 14. Объем демпфирующей полости 7 стенда частично оформлен в виде баллона-ресивера 16, который через невозвратный клапан 17 соединен с полостью стенда. Днище 3 снабжено опорной тележкой 18 с возможностью ее перемещения относительно обечайки 2 резервуара-имитатора по неподвижно установленным направляющим 19 для обеспечения технологической переналадки оснастки стенда под другой объект, включающий шлюзовую камеру 8, пусковой блок 10, штанги 5, рамочные кронштейны 12 с направляющими элементами 13 и тормозное устройство 14, при этом обечайка 2 стенда установлена на основаниях 20 с возможностью поворота в вертикальной плоскости при помощи шарнирно установленных в них и приваренных к обечайке осей 21 на угол от 0° до 90° (Фиг.1, 3), обеспечиваемого работой гидралического привода 22. Для работы стенда в вертикальной плоскости под углом к горизонту выполнена технологическая щель 23, крышка 24 которой с помощью оси 25 выполнена поворотной, обеспечивая тем самым размещение щели 23 днища 3 стенда с пусковым устройством.
На Фиг.1 показаны также датчики 26 положения макета 11, снабженного кольцевой магнитной меткой 27 относительно переднего среза пускового блока; кабель 28 связи датчиков 26 с измерительно-регистрирующей и управляющей аппаратурой 29; узел 30 герметизации кабеля 28.
Тормозное устройство 14 имеет направляющий блок 31, обтюрирующие переборки 32, буфер 33 и прочную крышку 34, доступ к которой осуществляется через горловину 35 технологической камеры 15.
Возврат макета 11 в пусковой блок 10 после пуска обеспечивается катушкой 36 с тросиком, закрепленным на хвостовой части макета.
Гидродинамический стенд работает следующим образом.
При подготовке к работе производится установка и настройка аппаратуры стенда под параметры исследуемого конкретного образца пускового устройства. Для этого днище 3 с установленной на нем шлюзовой камерой 8, штангами 5, рамочными кронштейнами 12 и направляющими элементами 13, датчиками 26 и тормозным устройством 14 с помощью опорной тележки 18 выдвигается из обечайки 2 и перемещается по неподвижно установленным направляющим 19 до положения, обеспечивающего свободный доступ ко всем узлам стенда. После этого к шлюзовой камере 8 с помощью крепежного устройства, например болтов, подсоединяется испытываемое пусковое устройство с обеспечением соосности с ним направляющих элементов 13 и обтюрирующих колец 32 тормозного устройства 14. Датчики 26 устанавливаются по месту для регистрации динамических выходных характеристик макета 10 подводного аппарата. После установки макета сборка в виде единой конструкции на опорной тележке 18 перемещается по направляющим 19 внутрь обечайки 2 стенда. При этом тормозное устройство 14 упирается своим буртиком в технологическую камеру 15, а концы штанг 5 входят в отверстия днища 4 и закрепляются гайками.
Перед началом испытаний все полости стенда находятся под атмосферным давлением.
С помощью не показанных на схеме заливного устройства и системы вентиляции внутренняя полость резервуара-имитатора 1 заполняется жидкостью 6 (используемым в пусковом блоке ингибитором или водой) так, чтобы сформировать в верхней части камеры демпфирующую полость 7.
С помощью аналогичных с прототипом и не обозначенных на схеме клапанов системы воздуха среднего давления в демпфирующую полость 7 подают воздух (также может использоваться инертный газ, например азот) до достижения установочного давления имитации глубины работы пускового блока 10. Стенд подготовлен к работе.
По команде от аппаратуры 29 срабатывает пусковой блок 10, макет 11 выходит в резервуар-имитатор 1, что сопровождается увеличением давления в расположенной в резервуаре части демпфирующей полости 7. При этом создаваемая разность давлений в резервуаре-имитаторе 1 и части демпфирующей полости 7, выполненной в виде ресивера 16, преодолевая противодействие пружины, заставляет шток невозвратного клапана 17 отойти от седла и открыть клапан, в результате чего давление в одной части демпфирующей полости (внутри резервуара-имитатора 1) уравнивается с давлением в другой ее части (внутри ресивера). После уравнивания давления клапан закрывается, разъединяя две части демпфирующей полости 7 между собой, что позволяет в случае необходимости снятия давления в демпфирующей полости 7 сохранить давление в ее большей части, сформированной в виде баллона-ресивера, и, тем самым, способствовать экономии сжатого газа.
Перемещение макета 11 по направляющим элементам 12 фиксируется аппаратурой 29 с помощью датчиков 26.
После полного выхода из пускового блока 10 макета 11 его носовая оконечность входит в тормозное устройство 14. За счет обтюрации макета 11 в переборках 32 давление в замыкаемой макетом емкости тормозного устройства 14 возрастает, чем формируется тормозное воздействие на макет 11. При его подходе к буферу 33, он останавливается (подробнее см. Патент РФ на полезную модель №87510, 2009).
После возврата катушкой 36 подводного аппарата 11 в пусковое устройство 10 и восполнения энергетического запаса последнего в демпфирующей полости 7 заново формируется давление, соответствующее имитируемой глубине пуска. Стенд готов к следующему срабатыванию.
В случае необходимости имитации пуска макета подводного аппарата 11 под углом к горизонтальной плоскости опорная тележка 18 отсоединяется от шлюзовой камеры 8 и перемещается по направляющим 19 в крайнее левое (см. Фиг.1) по отношению к стенду положение. Затем часть направляющих 19 разворачивается вокруг оси 25 и убирается внутрь технологической щели 23. После этого с помощью гидравлического привода 22 готовый к срабатыванию гидродинамический стенд разворачивается на нужный угол относительно осей 21, при этом пусковое устройство 10 может частично или полностью входить в технологическую щель 23. После разворота гидродинамический стенд фиксируется в выбранном положении, что позволяет произвести динамический пуск макета подводного аппарата 11 под нужным углом к горизонту.
При необходимости проведения диагностики пускового блока 10 или его замены аналогичным по массогабаритным характеристикам пусковым устройством шлюзовая камера 8 закрывается крышкой 9, затем давление в шлюзовой камере снимается и находящаяся в ней жидкость удаляется с помощью непоказанной системы заполнения/осушения. После чего пусковой блок 10 может быть демонтирован.
При замене пускового блока 10 на новый, требующей корректировки состава и расположения внутренней начинки стенда, производится снятие давления в демпфирующей полости 7 и слив жидкости из прочной камеры 1. После этого на стенд может быть смонтировано новое пусковое устройство 10 в соответствии с описанной ранее последовательностью работ.
Таким образом, предлагаемое устройство гидродинамического стенда позволяет решить поставленную техническую задачу, что обеспечивает повышение производительности опытных работ, качественно сокращает финансовые, трудовые и временные затраты.