УСТРОЙСТВО ОТКРЫТИЯ ПОВОРОТНОЙ СТВОРКИ ПРОЕМА В ПЛАНЕРЕ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
DEVICE FOR OPENING OF ROTARY FLAP OPENING IN AIRFRAME OF AIRCRAFT

Изобретение относится к авиастроению и может быть использовано в конструкции приводов для экстренного открытия створки проема.
Размеры, форма и расположение эксплуатационных люков должны обеспечивать удобный доступ к обслуживаемым (контролируемым) элементам конструкции, агрегатам и блокам оборудования, к системам спасения экипажа, к грузовым отсекам, отсекам вооружения, к узлам подсоединения средств наземного обслуживания и контроля.
При определенных условиях в полете возникает необходимость сбрасывания грузов в заранее неопределенную конкретную точку местности, при этом, предъявляются особые требования к скорости открытия створки проема в планере ЛА, в минимизированные моменты времени, например, для сброса воды при тушении лесных пожаров, чтобы не пролететь место расположения очага возгорания.
Известно устройство экстренного открытия двери самолета, состоящее из пневматического привода типа цилиндра, при этом, скорость и давление подачи газа в цилиндр регулируется посредством контроллера, в зависимости от требований, предъявляемых к максимальному времени открытия, применительно к конкретной обстановки (патент US 6786454 В2, опубл, МПК:В64С 1/14, B64D 25/00, B64D 25/14; опубл. 07.09.2004 г.).
Недостатками технического решения являются увеличение габаритов и веса конструкции, связанные с необходимостью размещения пневматического оборудования и емкостей с газом.
Известно Устройство экстренного открытия двери самолета, снабженное многозвенным механизмом открытия двери содержащим, подвижную тягу, выполненную с возможностью перемещаться между открытым и закрытым положением дверцы, постоянно нагруженную эластичным элементом, например пружиной растяжения и удерживаемую стопорными зажимами, (патентный документ СА 2837714 А1; МПК: В64С 1/14; опубл. 06.12.2012 г.)
Недостатками устройства является: возможность потери упругости эластичным элементом, вследствие его постоянного нагружения, влекущее за собою снижение долговечности и безотказности, а также необходимость дополнительной подготовки при последующем использовании устройства, а также необходимость увеличения длины навески, в случае требования к увеличению тягового усилия на открытие.
Прототипом изобретения выбрана Система управления створками сброса жидкости летательного аппарата, содержащая дистанционно управляемые многозвенный механизм открытия створки и элемент стопорения, при этом приводы механизма открытия створок, шарнирно связаны верхней частью с конструкцией планера, а нижней - со створками, при этом запорно-приводная часть системы выполнена в виде комбинации исполнительно-замковых силовых и замковых цилиндров, причем каждый из замков фиксации закрытого положения створок с маломощным приводом и датчиком синхронизации расположен внутри каждого из цилиндров, в его верхней части, а нижние штоковые части всех цилиндров снабжены пиротехническими разъемами, при этом каждый из замковых цилиндров частично заполнен ферромагнитной жидкостью (заявка на изобретение RU 94027814 А1; МПК В64С 1/14; опубл. 27.06.1996)
Недостатками конструкции системы является ее сложность, влияющая на характеристики безотказности, долговечности и ремонтопригодности, а также, увеличение времени ожидания открытия створки, связанное с временем запаздывания элементов системы исполнительно-замковых силовых цилиндров.
Задачей, поставленной при разработке изобретения, являлось создание конструкции надежного устройства, обеспечивающего минимальное время открытия проема ЛА, при полете самолета в ожидаемом районе сброса.
Поставленная задача решается конструкцией Устройства открытия поворотной створки проема в планере летательного аппарата, содержащего дистанционно управляемые многозвенный механизм открытия створки и замок стопорения створки, удерживающий ее в закрытом положении, механизм открытия створки содержит, по меньшей мере, одну пружину растяжения, механизм натяжения пружины, двухплечую качалку закрепленную на силовой конструкции планера с возможностью поворота, и тягу шарнирно соединенную одним концом с первым плечом качалки, а вторым - с поворотной створкой, пружина растяжения шарнирно соединена первым концом со вторым плечом качалки, а вторым с исполнительным элементом механизма натяжения пружины, выполненным с возможностью удержания растянутой пружины
Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является увеличение арсенала технических средств, связанное с созданием механизма многоразового применения обеспечивающего минимального времени открытия створки проема ЛА, при требовании внезапного открытия в зоне полета, определенной полетным заданием, и в повышении долговечности и безотказности устройства.
В частных случаях исполнения:
- для простоты и надежности реализации Механизм натяжения пружины может быть выполнен в виде винтового механизма, содержащего ходовой винт, перемещающий каретку (посредством гайки) являющуюся исполнительным элементом механизма натяжения пружины;
- для уменьшения времени срабатывания, замок стопорения створки может быть выполнен в виде магнитного захвата, оборудованного соленоидом, блокирующего створку в закрытом положении.
Сущность изобретения поясняется следующими графическими материалами:
- Фиг. 1. Исходное положение элементов устройства открытия поворотной створки проема в планере летательного аппарата при штатном полете;
- Фиг. 2. Положение элементов устройства открытия поворотной створки проема в планере летательного аппарата в положении «Ожидания открытия в ускоренном режиме»;
- Фиг. 3 Положение элементов устройства открытия поворотной створки проема в планере летательного аппарата в открытом положении;
- Фиг. 4. Схема замера геометрических размеров плеч качалки и тяги, определяемые места шарнирного закрепления двухплечой качалки на планере и второго конца тяги на поворотной створке, при длине нерастянутой пружины 10 в исходном положении;
- Фиг. 5. Схема статического нагружения элементов устройства в положении «Ожидания открытия в ускоренном режиме»;
- Фиг. 6. Схема положения элементов устройства открытия поворотной створки проема в планере летательного аппарата в открытом положении;
Устройство открытия поворотной створки 1 проема в планере летательного аппарата содержит дистанционно управляемые: многозвенный механизм открытия створки 2 и замок стопорения 3 створки, удерживающий ее в закрытом положении (Фиг. 1).
Дистанционное управление может быть обеспечено с внешнего пульта управления, расположенного в кабине экипажа, связанного с приводными механизмами через контроллер интерфейсом Arinc - 429, для выдачи разовых команд.
Механизм открытия створки содержит, по меньшей мере, одну пружину растяжения 4, механизм натяжения пружины 5, двухплечую качалку 6, закрепленную на силовой конструкции планера 7 с возможностью поворота, и тягу 8. Тяга 8 шарнирно соединена одним концом 9 с первым плечом 10 качалки 6, а вторым 11 - с поворотной створкой 1. Пружина растяжения 4 шарнирно соединена первым концом 12 со вторым плечом 13 качалки 6, а вторым 14 с исполнительным элементом 15 механизма натяжения пружины 5. Механизм натяжения пружины 5 выполнен с возможностью фиксации удержания растянутой пружины 5, в зависимости от необходимости, определенной конструкторским замыслом, например в положении «Ожидания открытия в ускоренном режиме» (Фиг. 2, 5).
Для простоты и надежности реализации, механизм натяжения пружины 5 может быть выполнен в виде винтового механизма, содержащего ходовой винт, перемещающий каретку являющуюся исполнительным элементом 15 механизма натяжения пружины 5, связанную со вторым 14 концом пружины натяжения. При этом, приводом механизма может быть электродвигатель, управляемый командами контроллера.
Для уменьшения времени срабатывания, замок стопорения 3 створки может быть выполнен в виде магнитного захвата, оснащенного соленоидом, блокирующего створку в закрытом положении.
Устройство используется следующим образом.
При «штатном режиме» (Фиг. 1), поворотная створка 1 удерживается в закрытом положении замком стопорения 3. Пружина 4 разгружена, т.е. на ней не создается нагружающее усилие. Открытие проема в планере летательного аппарата производится открытием замка стопорения 3 и перемещением исполнительного элемента 15 механизма натяжения в положение открытия Фиг. 3. При этом, пружина 4 выступает в роли промежуточной тяги, поворачивающей качалку 6. Время открытия створки в «штатном режиме» зависит от скорости перемещения исполнительного механизма, вытягивающего пружину-тягу инертности звеньев многозвенного механизма.
Поскольку пружина 4 находится в разгруженном или частично нагруженном состоянии, ее упруго-жест костные характеристики сохраняются в течение более длительного времени, повышая безотказность и долговечность устройства.
При полете самолета в зонах, где может быть необходимо экстренное открытие створки, определяемых полетным заданием, устройство открытия створки переводится в режим «Ожидания открытия в ускоренном режиме» (Фиг. 2, 5.) В этом режиме поворотная створка удерживается в закрытом положении замком стопорения 3. Пружина 4 нагружена растягивающим усилием, созданным перемещением исполнительного элемента 15 механизма натяжения в положение открытия. Фиксация пружины в нагруженном состоянии может быть выполнена за счет стопорения исполнительного элемента 15 механизма натяжения пружины 5, в положении максимально возможного растяжения пружины (Фиг. 2, 5).
Схема статического нагружения элементов устройства в положении «Ожидания открытия в ускоренном режиме» представлена на (Фиг. 5), где:
- вектор силу упругости, возникающая на пружине при ее растяжении - ;
- момент силы, возникающий на качалке под действием  не плечо второй качалки;
- вектор силы, действующий на створку со стороны тяги в местесоединения второго 11 конца тяги с поворотной створкой 1;
- момент, возникающий на поворотной створке 1 от действия  обеспечивающий экстренный поворот створки 1 на открытие.
Нагруженная система обладает потенциальной энергией, определяемой потенциальной энергией упруго-деформируемой пружины напряжения
При растопорении замка стопорения 3, например отключением соленоида, потенциальная энергия нагруженных элементов высвобождается и переходит в кинетическую энергию движения подвижных звеньев механизма открытия створки и поворота самой створки.
Открытие створки происходит в «ускоренном режиме», требующим меньше времени для осуществления, поскольку, в отличие от реализации открытия створки в «штатном режиме», исключается временная задержка открытия, связанная с временем, необходимым для перехода исполнительного элемента механизма натяжения пружины от исходного положения, соответствующего положению ненагруженной пружины при закрытой створке (Фиг. 1), до положения, соответствующего ненагруженному состоянию соответствующего положению ненагруженной пружины при открытой створке (Фиг. 3), а также инерционность статически нагруженных подвижных элементов устройства открытия (dμ/dt).
Геометрические размеры плеч качалки 16, 17 и тяги 18, места шарнирного закрепления двухплечой качалки на планере 7 и второго конца тяги 11 на поворотной створке 1, а также величина относительного удлинения растянутой пружины  в положении «Ожидания открытия в ускоренном режиме» и ее жесткость (Фиг. 2, 5) определяются конструкторскими расчетами возникающих сил и моментов и подтверждаются экспериментально, с учетом необходимости обеспечения максимально возможного ускоренного экстренного поворота створки 1 на открытие (Фиг. 3, 6), в случае реализации устройства в «ускоренном режиме».
Геометрическим размером ушек качалки 6 являются расстояния от центра шарнирного соединения на плечах до оси поворота качалки 16, 17. Геометрическим размером тяги 8 18 являются расстояния между центрами шарнирного соединения ее конца 9 с первым плечом 10 качалки и второго 11 конца с поворотной створкой 1 (Фиг. 4).
Для гашения энергии, возникающей при открытии створки в «ускоренном режиме» и исключения его передачи на планер, может быть использован амортизатор энергии демпфер обеспечивающий торможение механизма после достижения створкой заданного угла поворота соединенный с качалкой или со створкой и установленный на силовую конструкцию планера.
В открытом положении (Фиг. 3, 6), замок стопорения 3 открыт, при этом, поворотная створка может удерживается потенциальной энергией растягивания пружины при расположении исполнительного элемента 15 механизма натяжения в положение открытия. (Фиг. 3).
Пружина 4 разгружена или нагружена усилием, необходимым для удержании поворотной створки в закрытом положении, т.е. на ней не создается значительное нагружающее усилие, что также повышает долговечность ее использования.
При закрытии створки: исполнительный механизм 14 переводится в исходное положение (Фиг. 3). Створка 1, под действием собственного веса или предусмотренного тягового устройства, перемещается в положение закрытия и захватывается замком стопорения 3 створки, удерживающим ее в закрытом положении (Фиг. 1).
Приведенные варианты использования подтверждают обеспечение при реализации изобретения сокращение времени открытия створки проема ЛА, при требовании внезапного открытия в зоне, определенной полетным заданием и в повышении долговечности и безотказности устройства открытия.