УСТРОЙСТВО ОТДЕЛЕНИЯ, УДЕРЖАНИЯ И СБРОСА БУКСИРУЕМОЙ МИШЕНИ
DEVICE FOR SEPARATING, HOLDING AND JETTISONING TOWED TARGET

Устройство отделения, удержания и сброса буксируемой мишени (изобретение) относится к области авиационной техники и предназначено для быстрого выпуска мишени на заданную длину трос-кабеля, удержания буксируемой мишени на канате (трос-кабеле), электропитания и передачи информации от летательного аппарата (ЛА) на мишень в процессе буксировки, а также для сброса каната с мишенью после выполнения программы полета.
Известно устройство [1] - буксируемая воздушная ложная цель, содержащая мишень, соединенную канатом с летательным аппаратом. В головной части мишени установлено кольцо с возможностью вращения относительно оси мишени. В стенке кольца выполнено отверстие, через которое свободно пропущен закрепленный на летательном аппарате конец каната. Сам канат намотан в несколько слоев на корпусе мишени. Наличие вращающегося кольца с отверстием снижает трение каната о конструктивные элементы "катушки" и позволяет осуществлять выпуск мишени с большой скоростью. Кольцо с отверстием, как правило, устанавливается на ступице с подшипником и практически представляет диск с отверстием для пропуска каната.
Недостатком описанного устройства [1] являются высокие требования к механической прочности трос-кабеля и механизма удержания и сброса каната из-за динамического удара ("рывка") в момент завершения процесса сматывания трос-кабеля в конце выпуска мишени, что в конечном счете приводит к увеличению диаметра трос-кабеля и более сложному механизму удержания и сброса мишени.
Известно устройство [2] для удержания и сброса груза или тормозного парашюта, выполненное в виде замка, содержащего плоскорычажный механизм с несущим рычагом, конечным запирающим звеном которого является ротор (якорь) электромагнита с регулирующим его положение упором, выполненным в виде демпфера, состоящего из корпуса, в котором помещен шток, опирающийся на демпфирующий элемент. Несущий рычаг удерживает ушко груза, а также может удерживать коуш трос-кабеля до подачи на электромагнит напряжения для срабатывания замка и сброса трос-кабеля.
Недостатками описанного замка [2] для удержания и сброса груза является динамический удар на трос-кабель, так как существующий в указанном замке демпфер не обеспечивает плавное уменьшение скорости выпуска мишени (торможение) в конце сматывания трос-кабеля и конструктивная сложность плоскорычажного механизма.
Известно устройство отделения, удержания и сброса авиационной буксируемой мишени (прототип) [3], содержащее: корпус, механизм для удержания и отделения мишени, механизм для удержания и сброса трос-кабеля, намотанного на неподвижной катушке с возможностью "безинерционного" сматывания и соединенного с мишенью, при этом электрическая часть трос-кабеля соединена с бортовой сетью летательного аппарата через отрывной соединитель.
Недостатком устройства [3] являются высокие прочностные требования к трос-кабелю и механизму удержания и сброса трос-кабеля, следовательно, большой вес и габариты устройства или необходимость ограничения и стабилизации скорости выпуска мишени каким-либо известным способом, например, установкой вращающегося диска с отверстием для пропуска трос-кабеля и притормаживание его вращения центробежным механизмом.
Целью создания изобретения - устройства отделения, удержания и сброса буксируемой мишени, является обеспечение технического результата, заключающегося в снижении прочностных требований к трос-кабелю за счет плавного торможения процесса сматывания трос-кабеля с катушки в конце выпуска мишени и, соответственно, снижения силового воздействия динамического удара ("рывка") на трос-кабель при сохранении максимальной скорости выпуска, а также упрощение реализации функции удержания и сброса трос-кабеля с мишенью.
Это достигается тем, что в устройство введен самозатягивающийся тормоз, автоматически включаемый перед окончанием выпуска мишени на требуемое расстояние, с возможностью растормаживания тормоза для сброса трос-кабеля. Определение понятия "самозатягивающийся тормоз с возможностью растормаживания" приведено в словаре-справочнике [4]. После включения тормоза скорость сматывания трос-кабеля плавно снижается до "полной остановки" процесса выпуска мишени, а на катушке автоматически остается некоторое количество витков трос-кабеля, не менее заданного, обеспечивающее удержание и буксировку мишени. Сброс трос-кабеля с мишенью происходит по команде подачей напряжения, например, на электромагнит исполнительного механизма растормаживания тормоза, вследствие чего оставшаяся часть трос-кабеля полностью сматывается с катушки, а электрическая связь трос-кабеля обрывается.
Устройство отделения, удержания и сброса авиационной буксируемой мишени отличается от известного технического решения, содержащего корпус, механизм отделения мишени, неподвижную ("безинерционную") катушку с намотанным в несколько слоев трос-кабелем, диск с возможностью вращения относительно оси катушки и отверстием вблизи края диска, через которое пропущен и соединен с мишенью второй конец трос-кабеля, а входная электрическая часть трос-кабеля соединена с бортовой сетью летательного аппарата через соединитель тем, что в него введен самозатягивающиися тормоз с возможностью растормаживания, кинематически связанный с диском в режимах торможения и буксировки.
Совокупность существенных признаков, отличающих изобретение от известных технических решений, при реализации позволяет:
- обеспечить максимальную скорость выпуска мишени;
- уменьшить диаметр трос-кабеля до значения, выдерживающего статическую нагрузку, соответствующую нагрузке на трос-кабель при буксировке с необходимым запасом его прочности;
- реализовать функцию удержания трос-кабеля за счет сил трения между основанием катушки и витками трос-кабеля, оставшимися на катушке после самозатягивания тормоза;
- реализовать функцию сброса трос-кабеля растормаживанием самозатягивающегося тормоза путем применения маломощного и конструктивно простого исполнительного механизма;
- упростить конструкцию и снизить вес и габариты устройства отделения, удержания и сброса буксируемой мишени.
Сущность изобретения поясняется чертежами. Цифровые обозначения на фиг.1, фиг.2 и фиг.3(а, б) соответствуют одноименным элементам конструкции. На фиг.1 изображено устройство отделения, удержания и сброса авиационной буксируемой мишени; на фиг.2 - пример практической реализации самозатягивающегося тормоза с возможностью растормаживания; на фиг.3(а) - состояние самозатягивающегося тормоза после выпуска мишени; на фиг.3(б) - состояние самозатягивающегося тормоза после подачи команды на сброс трос-кабеля.
Описываемое устройство фиг.1 содержит: корпус 1; механизм отделения 2; катушку 3; трос-кабель 4; диск 5; провода 6 электрической части трос-кабеля; соединитель 7; самозатягивающийся тормоз 8 с возможностью растормаживания; кроме того, на фиг.1 показаны фиксатор 9 и мишень 10.
Работа устройства начинается после отделения мишени 10 с помощью устройства отделения 2. Фиксатор 9 в процессе сматывания трос-кабеля 4 удерживает тормоз 8 в выключенном состоянии и диск 5 свободно вращается под действием тангенциальной составляющей силы натяжения трос-кабеля, являющейся следствием суммы аэродинамических, гравитационных и инерционных сил, действующих при выпуске мишени на трос-кабель и мишень. В момент начала сматывания последнего слоя трос-кабеля фиксатор 9 автоматически освобождается и тормоз 8 включается под действием энергии частично сжатой пружины тормоза в режим плавного торможения вращения диска 5 до самозатягивания, т.е. до полной остановки вращения диска 5 и, как следствие, прекращения процесса сматывания трос-кабеля, при этом на катушке 3 гарантированно остается не менее определенного количества витков трос-кабеля, достаточного для удержания мишени в процессе буксировки за счет трения между основанием катушки и оставшимися витками трос-кабеля. Электрическая связь мишени с бортом осуществляется по проводам 6 через соединитель 7. По окончании программы полета ЛА по команде на сброс мишени самозатягивающийся тормоз 8 растормаживается и диск 5 вновь начинает вращаться, в результате оставшаяся на катушке часть трос-кабеля окончательно сматывается, а электрические провода 6 самопроизвольно отрываются от соединителя 7 и трос-кабель 4 сбрасывается вместе с мишенью.
На фиг.2 приведен пример практической реализации самозатягивающегося тормоза с возможностью растормаживания. В состав тормоза входят следующие детали: корпус 11 самозатягивающегося тормоза; основание 12; втулка 13 с возможностью только осевого перемещения; тормозной диск 14; фрикцион 15; полый винт 16 с фланцем и выступом сцепления 17 на торце; гайка 18 с возможностью только осевого перемещения; пружина 19; упорная шайба 20; шарики 21 замка удержания пружины; шток 22; электромагнит 23 с цепью управления 24. Винт 16 во взаимодействии с гайкой 18 образуют винтовую пару 16/18. На чертеже пунктирными линиями показан диск 5 и фиксатор 9. На ступице диска 5 имеется впадина сцепления 25, которая совместно с выступом сцепления 17 на торце полого винта 16 образует управляемую муфту 17/25 сцепления винта 16 с диском 5 в режиме торможения диска.
В исходном состоянии самозатягивающийся тормоз выключен фиксатором 9, который удерживает втулку 13, тормозной диск 14 и фрикцион 15, от движения в направлении диска 5. Втулка 13, тормозной диск 14 и фрикцион 15 конструктивно выполнены в виде единого узела торможения. Принцип работы самозатягивающегося тормоза в режиме торможения основан на автоматическом управлении взаимодействием тормозного диска 14 и вращающегося диска 5 посредством винтовой пары 16/18 и пружины 19. Торможение вращения диска 5 начинается после снятия фиксатора 9 и скольжения по корпусу 11 втулки 13 с тормозным диском 14 под действием пружины по кинематической цепи - гайка, резьба, винт, фланец винта и диск 14. Винт 16, установленный коаксиально на основании 12, перемещается в направлении вращающегося диска 5 и начинает вращение вместе с диском в результате сцепления выступа 17 с впадиной 25 на ступице диска 5. Винт при вращении обеспечивает поступательное движение гайки 18. Гайка плавно сжимает пружину 19, опорой для которой является шайба 20. Шайба удерживается замком, содержащим шарики 21, шток 22, электромагнит 23 с цепью управления 24. Усилие сжатия пружины через фланец винта передается на тормозной диск 14 с фрикционом 15, который тормозит вращение диска 5, установленного в торцевой части основания 12. При вращении винта 16 гайка 18 сжимает пружину на один шаг резьбы за каждый оборот диска 5, плавно увеличивая давление тормозного диска 14 с фрикционом 15 на диск 5 до полной остановки его вращения, т.е. происходит процесс самоторможения. Общее количество "ниток" резьбы винта и допустимого количества сматываемых витков трос-кабеля согласовано и заложено в конструкцию самозатягивающегося тормоза.
На фиг.3(a) изображены состояние тормоза после окончания процесса самозатягивания и катушка 3 с частью троса-кабеля 4, оставшегося после выпуска мишени. На чертеже видно, что пружина 19 сжата гайкой 18 и упорной шайбой 20, которую удерживают в исходном состоянии шарики 21 замка. Тормозной диск 14 с фрикционом 15 прижат к диску 5 и удерживает его в заторможенном состоянии, что исключает возможность сматывания оставшейся части трос-кабеля на все время буксировки мишени. Электрическая связь мишени с бортом осуществляется по проводам 6 через соединитель 7. Силовые и геометрические параметры пружины определяются максимально допустимым ускорением торможения скорости выпуска мишени (минимально допустимым временем торможения) до момента самозатягивания, а степень сжатия, соответствующая моменту самозатягивания, т.е. прекращению вращения диска 5, выбирается в пределах 70…90%. При этом минимально допустимое количество оставшихся на катушке витков трос-кабеля должно обеспечивать удержание мишени на всех режимах буксировки с силой F за счет сил трения витков трос-кабеля и основания катушки.
На фиг.3(б) изображено состояние тормоза после подачи команды на сброс троса. При подачи напряжения по цепи управления 24 якорь электромагнита 23 перемещает шток 22 на расстояние, приблизительно соответствующее диаметру шариков 21, которые под действием сжатой пружины 19 выталкиваются в направлении к оси штока 22 и освобождают упорную шайбу 20. При этом пружина полностью разжимается и не оказывает давления на втулку 13 и соответственно на тормозной диск 14 с фрикционом 15. Диск 5 растормаживается и начинает вращаться на основании 12, а оставшиеся витки трос-кабеля 4 сматываются с катушки 3 под действием силы F натяжения троса и одновременно провода 6 электрической связи мишени с бортом отрываются от соединителя 7. За несколько оборотов винта 16 гайка 18 перемещается до окончания резьбы винта и выходит из резьбового соединения на гладкую часть, полностью разрывая кинематическую цепь винт/гайка, а состояние муфты сцепления 17/25 оказывается безразлично и практически не влияет на вращение диска 5.
Из описания примера практической реализации самозатягивающегося тормоза следует:
- самозатягивающийся тормоз и диск 5 кинематически связаны и взаимодействуют только в режиме торможения в конце выпуска мишени и в режиме удержания трос-кабеля в процессе буксировки мишени.
- требуемая мощность исполнительного механизма, обеспечивающая удержание мишени в режиме буксировки (удержание упорной шайбы 20 в режиме самозатягивания тормоза) и срабатывание замка при сбросе мишени, определяется тангенциальной силой на диске 5, которая существенно меньше усилия буксировки мишени. Величина тангенциальной составляющей в определенной степени зависит от соотношения диаметров катушки 3 и диска 5, а также фрикционных свойств тормозного диска.
- реализация функции сброса трос-кабеля растормаживанием самозатягивающегося тормоза позволяет использование принципа шарикового замка, который органично вписывается вместе с тормозом в конструкцию безинерционной катушки.
- применение конструктивно простого замка и уменьшение прочностных требований к трос-кабелю за счет возможности уменьшения его диаметра приводит к упрощению конструкции и снижению веса и габаритов устройства отделения, удержания и сброса буксируемой мишени.
Испытания действующего макета устройства отделения, удержания и сброса буксируемой мишени дали положительные результаты. Получена максимальная скорость выпуска мишени, автоматическое включение тормоза и плавное торможение до момента самозатягивания тормоза в процессе выпуска шести метров трос-кабеля. Удержание трос-кабеля испытывалось нагрузкой до 60 кг. После растормаживания диск начинал вращаться и все оставшиеся на катушке витки трос-кабеля сматывались, а провода электрической связи мишени с бортом отрывались от соединителя, и происходил сброс мишени.
Источники информации
1. Описание изобретения к патенту Российской Федерации №2206049, F41J 9/10, Бюл. №16, 10.06.2003.
2 Описание изобретения к авторскому свидетельству SU №1807657, В64D 1/02, Бюл. №20, 20.07.95
3. Описание полезной модели к патенту RU №73466, F41J 9/10, B64D 3/02, B64D 1/02, Бюл. №14, 20.05.2008.
4. Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. Издание второе, переработанное и дополненное. - М.: МАШИНОСТРОЕНИЕ, 1987, ББК 34.4 К78 УДК 621.01(035). Стр.399 (определение - "самозатягивающийся тормоз").