ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ СТЕНД С СИСТЕМОЙ ИМИТАЦИИ НАБЕГАЮЩЕГО ПОТОКА

Полезная модель относится к области экспериментальной техники и может быть использована для опытного определения динамических характеристик пусковых устройств подводных аппаратов с учетом воздействия набегающего потока.
Известен моделирующий стенд для исследования гидродинамических процессов при разделении частей подводных аппаратов по патенту РФ №109856, МПК G01M 10/00, 2011, характеризующийся тем, что он содержит бассейн, погружаемую на дно бассейна модель шлюзовой камеры с расположенной внутри нее моделью носителя, например, подводного аппарата, снабженного моделью отделяемой капсулы для океанографических и океанофизических исследований, поднимаемую со дна корзину, улавливающую модель носителя, кинематически связанную с моделью шлюзовой камеры двумя параллельно натянутыми направляющими тросами, по которым перемещается модель носителя, улавливатель модели отделяемой капсулы, выполненный в виде поднимаемого со дна брезентового полога с прикрываемым шторкой окном для прохода направляющих тросов и модели носителя, при этом направляющие тросы связаны с системой их натяжения, а модели носителя и отделяемой капсулы оснащены бортовыми средствами измерений и регистрации параметров исследуемых процессов. Моделирующий стенд также может быть снабжен аварийной системой подъема моделей носителя и отделяемой капсулы, выполненной в виде поднимаемой со дна металлической сетки, размещаемой на дне бассейна в зоне возможного падения моделей носителя и капсулы.
Данное техническое решение позволяет оценить влияние набегающего потока на процесс отделения объекта (например, подводного аппарата) от подводного носителя, однако представленный вариант стенда имеет и недостатки. Во-первых, имитация набегающего потока реализуется за счет движения модели носителя, что требует существенных габаритов бассейна (стенда) из-за наличия участков разгона и торможения (модель носителя необходимо разогнать до требуемой скорости, осуществить отделение от нее объекта, а затем остановить). Во-вторых, предлагаемый стенд не позволяет моделировать отделение объекта от носителя на глубинах более 10-15 метров (моделируемая глубина отделения ограничена глубиной бассейна).
Для имитации воздействия глубины на процесс отделения объекта от носителя создаются гидродинамические стенды. Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели и принятым в качестве прототипа является гидродинамический стенд с системой поддержания давления по патенту РФ на полезную модель №115477, G01M 10/00, 2012, содержащий заполненный жидкостью прочный корпус с днищами, на одном из которых размещен быстроразъемный узел крепления пускового устройства подводного аппарата, направляющие элементы для подводного аппарата и устройство для его торможения, заполненную газом демпфирующую полость, систему уставки давления в демпфирующей полости, измерительно-регистрирующую и управляющую работой стенда аппаратуру и систему поддержания в демпфирующей полости постоянства установочного давления, при этом система поддержания давления содержит группу программно-управляемых в зависимости от расчетного закона повышения давления в демпфирующей полости электромагнитных клапанов разного проходного сечения, соединенных кабелями с управляющей аппаратурой.
Недостатком описанного выше технического решения является отсутствие возможности моделировать воздействие на процесс отделения объекта от носителя со стороны набегающего потока.
Технической задачей настоящей полезной модели является разработка конструкции гидродинамического стенда, позволяющей моделировать воздействие на процесс отделения объекта от носителя со стороны набегающего потока в широком диапазоне глубин.
Техническим результатом полезной модели является возможность исследовать воздействие имеющего различную скорость набегающего потока на процесс отделения объекта от носителя в широком диапазоне глубин.
Указанный результат достигается за счет того, что гидродинамический стенд с системой имитации набегающего потока содержит заполненный жидкостью прочный корпус с днищами, на одном из которых размещен быстроразъемный узел крепления пускового устройства подводного аппарата, направляющие элементы для подводного аппарата и устройство для его торможения, заполненную газом демпфирующую полость, систему уставки давления в демпфирующей полости, измерительно-регистрирующую и управляющую работой стенда аппаратуру, при этом стенд имеет систему имитации набегающего потока, в состав которой входит подпружиненный ролик, установленный в корпусе стенда с возможностью регулировки контактного усилия между ним и подводным аппаратом.
Сущность настоящей полезной модели отражена на фиг. 1, где показана схема продольного разреза гидродинамического стенда с системой имитации набегающего потока.
Гидродинамический стенд с системой имитации набегающего потока содержит прочный корпус 1, с днищами 2, заполненный жидкостью 3 (например, водой) так, чтобы сформировать в верхней части корпуса 1 воздушную демпфирующую полость 4. На одном из днищ 2 размещен быстроразъемный узел крепления 5 пускового устройства 6 подводного аппарата 7, а на противоположном днище - устройство 8 для торможения аппарата 7. В корпусе 1 установлены направляющие элементы 9 и переборка 10, имитирующая легкий корпус носителя, со встроенной разрывной мембраной 11, через которую осуществляется выход подводного аппарата 7. Между переборкой 10 и пусковым устройством 6 закреплен конус 12 с упором 13. Стенд имеет систему имитации набегающего потока, в состав которой входит ролик 14, изготовленный из податливого материала, имеющего небольшой коэффициент трения (например, фторопласта), установленный на пружине 15. При этом положение ролика относительно подводного аппарата 7 может изменяться с помощью регулирующего элемента 16. Перед направляющими элементами 9 для подводного аппарата 7 установлен конусный ловитель 17, амортизированный с помощью пружин 18.
На фиг. 1 не показаны система уставки давления в демпфирующей полости, измерительно-регистрирующая и управляющая аппаратура стенда.
Гидродинамический стенд с системой имитации набегающего потока работает следующим образом.
Перед организацией на гидродинамическом стенде с системой имитации набегающего потока опытных испытаний пускового устройства 6, исходя из проектных параметров последнего, производится комплексное компьютерное моделирование процесса пуска подводного аппарата 7 с целью получения расчетных данных о величинах сил, действующих на подводный аппарат 7, и пусковое устройство 6 в процессе отделения вследствие наличия набегающего потока. С использованием полученных данных осуществляется выбор параметров системы имитации набегающего потока (положение ролика 14 относительно переднего среза пускового устройства 6, характеристики пружины 15, в том числе требуемые величины ее деформации при контакте ролика 14 с подводным аппаратом 7 в зависимости от скорости имитируемого потока, и т.д.), необходимых для моделирования воздействия на отделяющийся подводный аппарат 7 набегающего потока на различных скоростях движения носителя.
Перед началом испытаний с помощью быстроразъемного узла крепления 5 производится монтаж испытываемого пускового устройства 6 на стенд. Проверяется соосность пускового устройства 6, направляющих элементов 9 и устройства 8 для торможения подводного аппарата 7. Производится выставка ролика 14 в требуемое положение относительно пускового устройства 6 (соответственно, и относительно подводного аппарата 7). Затем, с помощью не показанного на схеме заливного устройства, корпус 1 заполняется жидкостью так, чтобы сформировать в верхней части последнего воздушную демпфирующую полость 4. Стенд готов к работе.
С помощью системы уставки давления (не обозначенной на фиг. 1) в демпфирующей полости 4 (соответственно, и в жидкости 3) создается начальное давление, имитирующее в процессе испытаний внешнее гидростатическое давление на определенной глубине.
По команде от управляющей аппаратуры стенда срабатывает пусковое устройство 6, подводный аппарат 7 выходит внутрь корпуса 1. При контакте переднего обтекателя подводного аппарата 7 с роликом 14, последний сдвигается в сторону и деформирует пружину 15 на величину, обеспечивающую необходимое для имитации набегающего потока контактное усилие между роликом 14 и подводным аппаратом 7. Для исключения заламывания подводного аппарата 7 при данном воздействии с обратной стороны от ролика 14 на конусе 12 установлен упор 13, который не позволяет подводному аппарату 7 разворачиваться относительно пускового устройства 6. При этом в составе измерительно-регистрирующей аппаратуры стенда могут быть предусмотрены датчики для регистрации возникающих контактных усилий между подводным аппаратом 7 и упором 13. После прохождения хвостовой части подводного аппарата 7 мимо ролика 14 имеет место участок свободного движения аппарата с длиной L (величина L должна не менее чем в полтора раза превышать длину подводного аппарата 7). Перемещение подводного аппарата 7 до его входа в конусный ловитель 17 фиксируется не показанной на фиг. 1 измерительно-регистрирующей аппаратурой стенда для последующего сопоставления полученных результатов с расчетными данными.
По окончании перемещения подводного аппарата 7 по направляющим элементам 9 его носовая оконечность входит в устройство для его торможения 8. За счет обтюрации подводного аппарата 7 в кольцевых переборках, давление в замыкаемой аппаратом 7 емкости тормозного устройства 8 возрастает, чем формируется тормозное воздействие, в результате чего аппарат останавливается (подробнее см. патент РФ на полезную модель №87510, МПК F41F 3/10, 2009).
После возвращения подводного аппарата 7 в пусковое устройство 6 и восполнения энергетического запаса последнего в демпфирующей полости 4 заново формируется давление, соответствующее имитируемой глубине пуска. Стенд готов к следующему срабатыванию.
Таким образом, предлагаемый гидродинамический стенд с системой имитации набегающего потока решает поставленную техническую задачу разработки конструкции гидродинамического стенда, позволяющей моделировать воздействие на процесс отделения объекта от носителя со стороны набегающего потока в широком диапазоне глубин.