Устройство имитации разгерметизации кабины пилотируемого летательного аппарата
DEVICE FOR SIMULATING DEPRESSURIZATION OF COCKPIT OF MANNED AIRCRAFT

Изобретение относится к области общего машиностроения и может быть использовано для резкого (мгновенного) создания разреженной среды внутри камеры, имитирующей высотные факторы полета, путем перепуска среды из камеры в смежный сосуд или емкость с заранее созданным заданным разрежением среды.
В настоящее время в камерах, имитирующих высотные факторы полета для имитации разгерметизации кабины пилотируемого летательного аппарата, в качестве устройств разгерметизации используются следующие технические средства:
- клиновый затвор;
- шиберный затвор;
- мембрана, разрушающаяся под действием механического воздействия.
К клиновым затворам относятся устройства, перекрытие проходного отверстия в которых осуществляется запорным органом в форме заглушки, края которой расположены под углом к направлению движения и параллельны поверхности седла, но не друг другу.
К шиберным затворам относятся устройства, имеющие запорный орган в форме пластины или диска, располагающийся перпендикулярно потоку, при этом уплотнительные поверхности расположены по обе стороны строго параллельно друг другу.
Принцип действия клиновых и шиберных затворов основан на перекрытии проходного отверстия посредством поднятия или опускания запорного органа в перпендикулярном направлении к потоку рабочего тела и состоит в передаче усилия от воздействия ручного или другого вида привода на шток или шпиндель, образующий резьбовую пару с гайкой, закрепленной на запорном органе, которая в свою очередь, приводит в движение запорный орган затвора.
Из существующего уровня техники известно устройство, предназначенное для аккумулирования энергии в гидроприводах с переменным потреблением энергии жидкости. Устройство содержит корпус, выполненный в виде цилиндрической гильзы с глухим сферическим днищем с ограничительной упорной торцовой поверхностью и центральным входным отверстием для подвода газа, съемную крышку с осевым отверстием для подвода рабочей жидкости и опорным торцом, разделительный поршень, установленный внутри корпуса-гильзы с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования жидкостной и газовой камер, причем поршень включает в себя два уплотняющих участка, разнесенных в осевом направлении поршня и перемещающихся вдоль внутренней стенки пневмогидравлического аккумулятора
На внешней поверхности корпуса-гильзы образованы, со стороны открытой части, - резьбовой участок с направляющей поверхностью и уплотнительным устройством, а в средней части - теплообменные элементы в виде развитой периферийной поверхности с формированием на ней ряда разнесенных между собой на равные расстояния в осевом направлении кольцевых ребер с трапецеидальной формой сечения и выполненных за одно целое с корпусом-гильзой (см. Патент РФ №2325560, МПК F15B 1/24, 2006 г.).
Из существующего уровня техники также известно устройство, предназначенное для управления потоком жидкой или газообразной среды высокого давления и температуры. Устройство содержит корпус, затвор в виде жесткого клина, контактирующего боковыми поверхностями с седлами, уплотнительные кольца.
Боковые поверхности жесткого клина выполнены сферическими, на них подвижно закреплены уплотнительные кольца, контактирующие внутренней конической плоскостью со сферическими поверхностями клина, а внешней плоскостью с седлами. Внутренняя плоскость кольца расположена под углом λ к внешней плоскости кольца. Задвижка снабжена прижимными элементами, которые закреплены в проточках, выполненных на сферических боковых поверхностях клина.
Изобретение направлено на повышение герметичности затвора задвижки, снижение возможности задиров уплотнительных поверхностей затвора при открытии под высоким перепадом давления среды и устранение возможности заклинивания затвора в гнезде корпуса путем самоустановки уплотнительных колец без нарушения контакта между уплотнительными поверхностями седел и колец (см. Патент РФ №2544677, МПК F16K 3/12, 2014 г.).
Недостатками клиновых и шиберных затворов являются:
- низкая скорость срабатывания;
- низкий допустимый перепад давления на запорном органе;
- низкая ремонтопригодность уплотнительных поверхностей запорного узла;
- наличие вероятности заклинивания запорного органа в закрытом положении;
- большие габаритные размеры.
Принцип действия разрушаемой мембраны основан на разрушающей деформации запорного органа при оказании на него механического воздействия (удара, прокола и т.п.).
Основными недостатками разрушаемых мембран являются:
- низкий ресурс (одноразовость);
- на срабатывание мембраны оказывают влияние множество факторов (механические свойства используемых для изготовления мембран материалов, неоднородность свойств, условия закрепления, температурные условия и т.д.);
- наличие вероятности низкой степени раскрытия мембраны при срабатывании.
Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является устройство разгерметизации гидросистемы, предназначенное для автоматического отключения систем гидравлического привода рабочего оборудования. Устройство содержит два корпуса с камерами, в которых размещено с зазором два поршня со штоками. В корпусах выполнены входные и выходные отверстия, сообщающие камеры соответственно с напорным трубопроводом, сливом и напорными гидролиниями двуполостных и однополостных гидродвигателей.
Автомат разгерметизации гидросистемы дополнительно содержит датчик сливной магистрали, в корпусе которого также установлен поршень со штоком, и узел блокировки штока датчика сливной магистрали, содержащий корпус, в полости которого расположен цилиндрический подпружиненный плунжер с двумя, по меньшей мере, ступенями разного диаметра. Полость корпуса узла блокировки сообщена с линией обратной связи, а ступень большего диаметра указанного плунжера механически взаимодействует с первым штоком третьего подвижного поршня в одном из крайних положений плунжера. Каждый подвижный поршень снабжают двумя коническими и, по крайней мере, одной цилиндрической поверхностями (см. Патент РФ №2522013, МПК F15B 20/00, 2013 г.).
Достижению требуемого технического результата, как в аналогах, так и в прототипе завяленного технического решения, является то, что данные технические решения в силу своих конструктивных особенностей не могут обеспечить высокую скорость срабатывания при большом перепаде давлений в сопрягаемых камерах, имеют ограничения по допустимому перепаду давления на срабатывание, имеют вероятность срабатывания, недостаточную для систем подобного рода.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание устройства имитации разгерметизации кабины пилотируемого летательного аппарата, в котором, при достаточной компактности самого устройства, были бы устранены указанные недостатки аналогов и прототипа.
К техническим результатам, реализуемым заявленным техническим решением, можно отнести повышение надежности срабатывания устройства и повышение его ремонтопригодности.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в устройстве имитации разгерметизации, содержащем корпус с камерами, входным и выходным отверстиями, напорный канал, сообщенный с управляющим трубопроводом, и подвижный поршень, согласно изобретению, корпус устройства имитации разгерметизации выполнен состоящим из соединенных между собой верхнего и нижнего колец Г-образного поперечного сечения и снабжен прижимным кольцом, расположенным в глухом пазу Г-образного сечения, образованном соединением верхнего и нижнего колец корпуса Г-образного поперечного сечения между собой, и образующим с верхним кольцом корпуса кольцеобразную поршневую пару, в нижнем кольце корпуса выполнены отверстия для подключения управляющего трубопровода, со стороны открытого конца глухого паза Г-образного сечения, образованного соединением верхнего и нижнего колец корпуса Г-образного поперечного сечения между собой, размещена гибкая мембрана, снабженная уплотняющим профилем по внешней ее образующей, выполненным, в свою очередь, в виде, по крайней мере, одного выпуклого концентрического кольца, при этом в опорных гибкой мембране поверхностях корпуса и прижимного кольца выполнены профилированные пазы, ответные профилированной поверхности концентрического кольца уплотняющего профиля, и взаимодействующие с ним для удержания мембраны, причем корпус снабжен уплотнительным профилем, установленным в глухом пазу Г-образного сечения, образованным соединением верхнего и нижнего колец корпуса Г-образного поперечного сечения между собой, и расположенным между прижимным кольцом и нижним кольцом корпуса.
В устройстве имитации разгерметизации уплотняющий профиль концентрического кольца может быть выполнен в виде нескольких выпуклых концентрических колец так, что касательная к образующим концентрических колец профиля и поверхность мембраны образуют угол 5°-15°.
В устройстве имитации разгерметизации в верхнем кольце корпуса могут быть выполнены торцевые канавки под установку уплотнительных колец для герметизации соединения верхнего и нижнего колец корпуса между собой и для уплотнения соединения корпуса устройства и технологической заглушки.
В устройстве имитации разгерметизации нижнее кольцо корпуса может быть снабжено центровочным выступом для центровки верхнего кольца корпуса относительно нижнего.
В устройстве имитации разгерметизации верхнее и нижнее кольца корпуса могут быть соединены между собой, например, посредством резьбового соединения.
В устройстве имитации разгерметизации отверстия, выполненные в нижнем кольце корпуса для подключения управляющего трубопровода, равномерно расположены по окружности нижнего кольца корпуса.
В устройстве имитации разгерметизации отверстия, выполненные в нижнем кольце корпуса для подключения управляющего трубопровода, могут быть выполнены, в свою очередь, резьбовыми.
В устройстве имитации разгерметизации в отверстиях нижнего кольца корпуса для подключения управляющего трубопровода установлены патрубки управляющего трубопровода, выполненные, в сою очередь, одинаковой длины.
В устройстве имитации, разгерметизации гибкая мембрана может быть выполнена из ткани, например, из воздухонепроницаемой ткани.
В устройстве имитации разгерметизации уплотняющий профиль может быть соединен с гибкой мембраной посредствам клеевого соединения.
В устройстве имитации разгерметизации в верхнем кольце корпуса могут быть выполнены равномерно расположенные по его окружности резьбовые отверстия для крепления технологической заглушки.
Изобретение поясняется чертежами, где:
На Фиг. 1 изображен общий вид устройства.
На Фиг. 2 - разрез А-А Фиг. 1, корпус устройства без внутренних элементов;
На Фиг. 3 - разрез А-А Фиг. 1; На Фиг. 4 - Вид Б Фиг. 3;
На Фиг. 5, Фиг. 6 и Фиг. 7 - иллюстрация этапов работы устройства:
Фиг. 5 - этап перед установкой гибкой мембраны в устройство;
Фиг. 6 - этап подачи рабочей среды под давлением P1 в объем за уплотняющим профилем в виде концентрического кольца;
Фиг. 7 - этап срабатывания устройства после сбрасывания давления рабочей среды через управляющий трубопровод в объеме за уплотнительным профилем.
Устройство имитации разгерметизации имеет корпус 1. Корпус 1 устройства имитации разгерметизации состоит из соединенных между собой верхнего 2 и нижнего 3 колец Г-образного поперечного сечения и снабжен прижимным кольцом 4.
Прижимное кольцо 4 расположено в глухом пазу 5 Г-образного сечения, образованном соединением верхнего 2 и нижнего 3 колец корпуса 1 Г-образного поперечного сечения между собой.
Прижимное кольцо 4 образует с верхним кольцом 2 корпуса 1 кольцеобразную поршневую пару.
В нижнем кольце 3 корпуса 1 выполнены резьбовые отверстия 6, равномерно расположенные по окружности нижнего кольца 3 для подключения управляющего трубопровода 7.
В верхнем кольце 2 корпуса 1 выполнены резьбовые отверстия (не показано 8), равномерно расположенные по его окружности, для крепления технологической заглушки (не показано 9). В верхнем кольце 2 корпуса 1 также выполнены торцевые канавки 8 под установку уплотнительных колец 9 для герметизации соединения верхнего 2 и нижнего 3 колец корпуса 1 между собой и для уплотнения соединения корпуса 1 устройства и технологической заглушки (не показано 9).
Со стороны открытого конца глухого паза 5 Г-образного сечения, образованного соединением верхнего 2 и нижнего 3 колец корпуса 1 Г-образного поперечного сечения между собой, размещена гибкая мембрана 10, снабженная уплотняющим профилем, выполненным в виде, по крайней мере, одного выпуклого концентрического кольца 11. В опорных гибкой мембране 10 поверхностях корпуса 1 и прижимного кольца 4 выполнены профилированные пазы 12, ответные профилированной поверхности концентрического кольца 11 уплотняющего профиля, и взаимодействующие с ним для удержания мембраны 10
Корпус 1 снабжен уплотнительным профилем 13, обеспечивающим компрессию за поршневым пространством и установленным в глухом пазу 5 Г-образного сечения, образованным соединением верхнего 2 и нижнего 3 колец корпуса 1 Г-образного поперечного сечения между собой, и расположенным между прижимным кольцом 4 и нижним кольцом 3 корпуса 1.
В отверстиях 6 нижнего кольца 3 корпуса 1 установлены патрубки 14 управляющего трубопровода 7.
В примере выполнения изобретения гибкая мембрана 11 выполнена из ткани, например, из воздухонепроницаемой ткани.
Уплотняющий профиль в виде концентрического кольца 11 может быть выполнен в виде нескольких выпуклых концентрических колец 11 так, что касательная к образующим концентрических колец 11 профиля и поверхность гибкой мембраны 10 образуют угол 5°-15°. При этом, например, уплотняющий профиль в виде концентрического кольца 11 может быть соединен с гибкой мембраной 10 посредствам клеевого соединения.
Патрубки 14 управляющего трубопровода 7 могут быть выполнены, например, одинаковой длины для исключения перекосов при воздействии управляющего давления рабочей среды.
Верхнее 2 и нижнее 3 кольца корпуса 1 могут быть соединены между собой посредством резьбового соединения, а нижнее кольцо 3 корпуса 1 может быть снабжено центровочным выступом 15 для центровки верхнего кольца 2 корпуса 1 относительно нижнего 3.
Устройство имитации разгерметизации работает следующим образом.
Перед началом работы снимают технологическую заглушку (не показано).
Далее устанавливают гибкую мембрану 10, аккуратно расправив ее в профилированных пазах 12 в опорных гибкой мембране 10 поверхностях корпуса 1 и прижимного кольца 4, ответные профилированной поверхности концентрического кольца 11 уплотняющего профиля, и взаимодействующие с ним для удержания гибкой мембраны 10.
1
Через управляющий трубопровод 7 подают рабочую среду под давлением P в объем за уплотняющим профилем в виде концентрического кольца 11.
При этом обеспечивается выполнение условия, при котором:
1
2
2
3
1
P≥1,2S(P-P)/S, где:
1
S - суммарная площадь поверхностей, образующих при сборке корпуса 1 соединением верхнего 2 и нижнего 3 колец замкнутый объем под установку уплотнительного профиля 13;
2
S - рабочая площадь гибкой мембраны 10;
1
P - избыточное давление за прижимным кольцом 4;
2
1
Р - давление разрежения в объеме V, соответствующее давлению разрежения в кабине летательного аппарата (не показано) на момент разгерметизации кабины;
3
2
Р - давление разрежения в объеме V;
1
2
0
(V - заданный объем перед гибкой мембранной 11; V - заданный объем за гибкой мембраной; Р - атмосферное давление - Фиг. 5).
1
2
2
3
2
3
Затем откачивают из объемов V и V воздух до давления Р и Р соответственно, при этом должно выполняться условие Р>Р.
Далее через управляющий трубопровод 7 резко сбрасывают давление рабочей среды в объеме за уплотнительным профилем 13.
2
При этом гибкая мембрана 10 своей профилированной поверхностью концентрического кольца 11 ее уплотняющего профиля выходит из зацепления с профилированными пазами 12 опорных гибкой мембране 10 поверхностей корпуса 1 и прижимного кольца 4, «отталкивая» при этом прижимное кольцо 4 в исходное положение, вследствие чего гибкая мембрана 10 за счет перепада давления будет выброшена потоком воздуха, например, в ловушку (не показана), установленную внутри объема V.
2
Созданное давление Р соответствует заданному давлению разрежения в кабине летательного аппарата на момент возможной разгерметизации кабины.
1
2
3
1
2
Объемы V и V, а также значение давления Р подбираются таким образом, чтобы установившееся давление в сообщающихся объемах V и V, после выхода гибкой мембраны 10 из зацепления, было равно давлению разрежения, соответствующему заданной высоте полета летательного аппарата.
В случае, когда уплотняющий профиль в виде концентрического кольца 11 выполнен в виде нескольких выпуклых концентрических колец, это позволяет обеспечить, с одной стороны, большую площадь поверхностей взаимодействия концентрического кольца 11 с профилированными пазами 12 опорных гибкой мембране 10 поверхностей корпуса 1 и прижимного кольца 4.
С другой стороны, при соблюдении условия, при котором, например, касательная к образующим концентрических колец 11 профиля и поверхность гибкой мембраны 10 образуют угол 5°-15°, обеспечивается безотказное срабатывание устройства - «гарантированный выход» мембраны 10 из зацепления с профилированными пазами 12 опорных гибкой мембране 10 поверхностей корпуса 1 и прижимного кольца 4.
Это, безусловно, обеспечивает один из заявленных технических результатов, а именно: повышение надежности срабатывания устройства
Указанные выше конструктивные особенности устройства имитации разгерметизации кабины пилотируемого летательного аппарата, сама конструкция устройства, наличие, расположение и принципы взаимодействия его конструктивных элементов между собой позволяют обеспечить «многоразовость» использования такого устройства за счет отсутствия разрушаемых элементов в нем.
Это также влияет на и обеспечивает ремонтопригодность устройства и его элементов - один из заявленных технических результатов, т.к. каждый из них имеет самостоятельное конструктивное выполнение и может быть заменен или отремонтирован без влияния на другие элементы устройства.
Кроме того, конструкция устройства оказалось удачной до такой степени, что в ней, помимо указанного, обеспечивается повышение скорости срабатывания устройства по отношению к аналогам и прототипу за счет выбранного конструктивного решения соединения гибкой мембраны 10 с элементами корпуса 1.
Эти же конструктивные решения позволяют также обеспечить увеличение допустимого перепада давления на срабатывание устройства, а также за счет соотношений параметров гибкой мембраны 10 и элементов корпуса 1, с которыми мембрана 10 взаимодействует, позволяют повысить вероятность срабатывания устройства.
Заявленное устройство имитации разгерметизации кабины пилотируемого летательного аппарата изготовлено из традиционных конструктивных элементов и может быть произведено в условиях опытного и серийного производства.