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.
Известен гидродинамический стенд с системой имитации набегающего потока по патенту РФ №172107, МПК G01M 10/00, 2017, 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, а также систему имитации набегающего потока, в состав которой входит подпружиненный ролик, установленный в корпусе стенда с возможностью регулировки контактного усилия между ним и подводным аппаратом.
Недостатками данного решения является невозможность регулировки (изменения) усилия контакта между роликом и подводным аппаратом в процессе пуска, а также относительно невысокая наглядность результатов экспериментов.
Указанные недостатки отсутствуют у технического решения, наиболее близкого по технической сущности к заявляемой полезной модели и принятого за прототип - гидродинамического стенда с имитацией набегающего потока по патенту РФ №172109, МПК G01M 10/00, 2017, который 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, систему имитации набегающего потока, в состав которой входят баллон, воздушный тракт с регулятором расхода воздуха, ресивер-передатчик давления, водяной тракт и раструб для формирования набегающего потока, при этом направляющие элементы для подводного аппарата имеют подпружиненный конусный ловитель.
Однако, данное техническое решение имеет другие недостатки. Основным из них является то, что в процессе срабатывания системы имитации набегающего потока объем демпфирующей полости стенда уменьшается на величину объема вытесненной из водяного тракта жидкости, что приводит к дополнительному повышению давления в стенде. Это отрицательно сказывается на условиях имитации внешнего гидростатического давления и уменьшает наглядность экспериментов.
Технической задачей настоящей полезной модели является разработка конструкции гидродинамического стенда с системой имитации набегающего потока, позволяющей моделировать воздействие на процесс отделения объекта от носителя со стороны набегающего потока в широком диапазоне глубин с сохранением приемлемого уровня имитации внешнего гидростатического давления.
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 с подпружиненным конусным ловителем, устройство для торможения подводного аппарата, заполненную газом демпфирующую полость, систему уставки давления в демпфирующей полости, измерительно-регистрирующую и управляющую работой стенда аппаратуру, систему имитации набегающего потока, в состав которой входят баллон, воздушный тракт с регулятором расхода воздуха, ресивер-передатчик давления, водяной тракт и раструб для формирования набегающего потока, при этом ресивер-передатчик давления выполнен в виде пневматического цилиндра, поршень которого соединен штоком с большим по диаметру поршнем, разгруженным давлением в демпфирующей полости, и движущимся внутри водяного тракта, ресивер-передатчик имеет систему взведения после срабатывания, а водяной тракт снабжен клапаном заполнения.
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 входят баллон 14, воздушный тракт 15 с регулятором расхода воздуха 16, ресивер-передатчик давления 17, водяной тракт 18 и раструб 19 для формирования набегающего потока. Ресивер-передатчик давления 17 выполнен в виде пневматического цилиндра, поршень 20 которого соединен штоком 21 с большим по диаметру поршнем 22, разгруженным давлением в демпфирующей полости 4, и движущимся внутри водяного тракта 18. Ресивер-передатчик также имеет систему взведения после срабатывания, состоящую из воздушного тракта 23 и перепускного клапана 24. Водяной тракт снабжен клапаном заполнения 25, установленным на тракте заполнения 26. Перед направляющими элементами 9 для подводного аппарата 7 установлен амортизированный конусный ловитель 27.
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 стенде испытаний пускового устройства 6, исходя из проектных параметров последнего, производится комплексное компьютерное моделирование процесса пуска подводного аппарата 7 с целью получения расчетных данных о времени выхода подводного аппарата 7 из пускового устройства 6 и зависимости перемещения подводного аппарата 7 от времени в процессе отделения. С использованием полученных данных осуществляется комплексное компьютерное моделирование работы системы имитации набегающего потока, при этом подбором параметров системы (объем баллона 14 и начальное давление в нем, проходное сечение воздушного тракта 15, время срабатывания регулятора расхода воздуха 16, параметры ресивера-передатчика давления 17, проходное сечение водяного тракта 18, геометрия раструба для формирования набегающего потока 19 и ряд других) осуществляется выбор режимов ее работы, 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. 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, производится наполнение баллона 14 (регулятор расхода воздуха 16, перепускной клапан 24 и клапан заполнения 25 находятся при этом в закрытом положении (на фиг. 1 для всех - нижнее положение)). Производится взведение системы имитации набегающего потока. Для этого регулятор расхода воздуха 16 переводится в положение вентиляции на атмосферу (верхнее положение на фиг. 1), а перепускной клапан 24 - в положение подачи сжатого воздуха внутрь ресивера-передатчика давления 17 (среднее на фиг. 1). При этом, за счет разности давлений в полостях над и под поршнем 20, происходит перемещение поршня 20 и соединенного с ним поршня 22 в крайнее верхнее (взведенное) положение. Затем производится заполнение водяного тракта 18 (удаление из последнего возможной воздушной подушки). Для этого клапан заполнения 25 переводится в открытое положение (верхнее на фиг. 1) и воздух из-под поршня 22 выходит через тракт заполнения 26 в атмосферу. После появления в выходном патрубке клапана 25 воды последний переводится в закрытое положение. После этого перепускной клапан 24 переводится в положение вентиляции на атмосферу (верхнее положение на фиг. 1) и воздух из-под поршня 20 стравливается в атмосферу до тех пор, пока в полости под поршнем 20 не останется минимальное избыточное давление, обеспечивающее предохранение поршня 20 вместе со штоком 21 и поршнем 22 от случайного перемещения (минимальное избыточное давление определяется расчетным образом исходя из параметров системы). После этого перепускной клапан 24 и регулятор расхода воздуха 16 переводятся в закрытое положение. В управляющую аппаратуру стенда вводится требуемая программа работы системы имитации набегающего потока. Производится окончательное наполнение баллона 14 до требуемой расчетной величины.
Имитация воздействия набегающего потока на процесс отделения подводного аппарата 7 от носителя осуществляется следующим образом. По команде от управляющей аппаратуры срабатывает пусковое устройство 6, подводный аппарат 7 выходит внутрь корпуса 1. Одновременно по программе, заданной аппаратурой, происходит срабатывание системы имитации набегающего потока (конкретный момент времени срабатывания определяется требуемым режимом работы системы). При этом регулятор расхода воздуха 16 переводится в положение подачи сжатого воздуха внутрь ресивера-передатчика давления 17 (среднее положение на фиг. 1), а перепускной клапан 24 - в положение вентиляции на атмосферу (верхнее положение на фиг. 1), воздух из баллона 14 через воздушный тракт 15 поступает внутрь ресивера-передатчика давления 17, жидкость из него и из водяного тракта 18 через раструб для формирования набегающего потока 19 выталкивается внутрь корпуса 1 стенда и на отделяющийся подводный аппарат 7 воздействует поток с заданными параметрами. При этом, из-за того, что полость над поршнем 22 сообщается с демпфирующей полостью 4, объем последней при срабатывании системы имитации набегающего потока уменьшается только на величину объема штока 21, что практически не приводит к дополнительному повышению давления в демпфирующей полости (объем последней уменьшается только за счет выхода внутрь стенда подводного аппарата 7). Это позволяет решить техническую задачу настоящей полезной модели. Кроме этого, ввиду разгруженности поршня 22 от давления, усилия, необходимые для перемещения первого, существенно сокращаются по сравнению со случаем неразгруженного состояния (см. патент РФ №172109, МПК G01M 10/00, 2017). Для исключения заламывания подводного аппарата 7 при воздействии набегающего потока с обратной стороны от раструба для формирования набегающего потока 19 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 раструба для формирования набегающего потока 19 имеет место участок свободного движения аппарата до его входа в конусный ловитель 27 (длина участка свободного движения должна не менее чем в полтора раза превышать длину подводного аппарата 7). Перемещение подводного аппарата 7 до его входа в конусный ловитель 27 фиксируется не показанной на фиг. 1 измерительно-регистрирующей аппаратурой стенда для последующего сопоставления полученных результатов с расчетными данными.
После прохождения 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 №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. Производится взведение системы имитации набегающего потока. В управляющую аппаратуру стенда вводится требуемая программа работы системы имитации набегающего потока. Баллон 14 наполняется до требуемой расчетной величины. 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 с сохранением приемлемого уровня имитации внешнего гидростатического давления.