РАЗДЕЛИТЕЛЬ СТУПЕНЕЙ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ РАКЕТЫ

Полезная модель относится к детским игрушкам, действующим моделям, а именно, к многоступенчатым пневмогидравлическим ракетам. Полезная модель может быть использована в школах, учреждениях дополнительного образования детей на занятиях по техническому моделированию, в детских лагерях отдыха для организации спортивно-технических игр и соревнований, в городских парках культуры и отдыха в качестве познавательно-развлекательного средства.
Из уровня техники известны пневмогидравлические ракеты.
Так, из описания к патенту Китая №202008763 (опубликован 12.10.2011) известна многоступенчатая ракета, содержащая корпус и устройство нагнетания, многоступенчатый цилиндр, расположенный внутри корпуса, множество тонких трубок, параллельно зафиксированных в цилиндре с образованием каналов, по периферии цилиндра, к его внутренней стороне, герметично зафиксирован корпус, конец отверстия цилиндра закрыт отверстием бутылки на внутренней стороне корпуса. Также устройство включает резиновую трубку на устройстве нагнетания и длинную твердую тонкую трубку, вставленную в отверстие бутылки и отверстие цилиндра для наддува бутылки.
Также известен разделитель ступеней ракеты, состоящей из пластиковых бутылок, который представляет собой гибкий фиксатор с загнутыми краями и центральный механизм с цилиндром захвата/размыкания (патент США №7021987, опубликован 04.04.2006).
Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является разделитель двухступенчатой ракеты, выполненный в виде кольца с отверстием для прохода воздуха (международная заявка №2004035165, опубликована 29.04.2004).
Недостатками известных решений являются сложность конструкции, ненадежность соединения, невозможность обеспечения последовательного разделения ракеты с количеством ступеней более двух, неудовлетворительная поперечная жесткость соединения, невозможность аварийного сброса давления перед пуском.
Техническим результатом патентуемого решения является упрощение конструкции и ее сборки, обеспечение последовательного разделения любого количества ступеней.
Заявленный технический результат достигается конструкцией разделителя ступеней многоступенчатой пневмогидравлической ракеты, содержащего удерживающее кольцо, выполненное с возможностью обжатия корпуса нижней ступени и через стойки жестко закрепленное на корпусе верхней ступени, гильзу, нижняя часть которой имеет коаксиальное перепускное отверстие и установлена в корпусе нижней ступени, а в полости верхней части гильзы установлена нижняя часть сопла, верхняя часть которого плотно закреплена на горловине верхней ступени.
Удерживающее кольцо, жестко закрепленное на корпусе верхней ступени, выполняет функции:
- удержания ступеней при подаче давления;
- является центрирующим элементом, обеспечивающим соосность частей ракеты;
- увеличивает жесткость соединения ступеней;
- служит основой для крепления перьевых стабилизаторов;
- сам может являться кольцевым стабилизатором.
Таким образом, заявленный технический результат достигается за счет следующих преимуществ патентуемого решения перед известными:
1. Отсутствие каких-либо запирающих или блокирующих устройств типа быстроразъемного коннектора Гардена и механизмов разблокировки
2. Отсутствие обратного клапана
3. Минимальный набор деталей
4. Минимальный вес - не более 11 г. (с гильзой из дюраля)
5. Простота конструкции и воспроизведения
6. Удерживающее кольцо выполнено в форме короткого цилиндра, облегающего корпус нижней ступени и прикрепленного стойками к корпусу верхней ступени, выполнив свою роль при удержании до разделения, после разделения является кольцевым стабилизатором после разделения частей, т.е. узел последовательно многозадачный.
7. Благодаря предложенной конструкции разделителя, при количестве ступеней больше двух, разделение ступеней ракеты происходит последовательно.
8. Регулировкой зазора между внешним кольцом и корпусом ступени определяется момент срабатывания разделителя, т.е. по достижению заданного падения остаточного давления в нижней ступени.
9. Данный разделитель при нагнетании частей ракеты обеспечивает отличную поперечную жесткость сборки вплоть до момента разделения. Все известные на сегодняшний день конструкции разделителей эту жесткость не обеспечивают.
За счет прогиба стенок корпусов при соединении частей через отверстие нагнетания наблюдается небольшой (до 15 мл) начальный переток воды в нижнюю емкость. При нагнетании сжатого воздуха перетоки отсутствуют. Отсутствие обратного                                                                                                                       Приложение
3
клапана в разделителе позволяет осуществлять аварийный слив и сброс давления из всех ступеней.
Для герметизации соединения частей при нагнетании в полости гильзы, между боковыми стенками сопла и гильзы, размещено уплотнительное кольцо.
Диаметр коаксиального перепускного отверстия гильзы, предпочтительно, должен составлять 1 мм. Такой размер диаметра позволяет беспрепятственно производить нагнетание сжатого воздуха во все части ракеты, аварийный сброс давления из них, чего невозможно сделать в аналогичных конструкциях обязательно имеющих обратный клапан, а также минимизировать переток воды из второй ступени во время работы первой ступени.
Для крепления гильзы в нижней ступени нижняя часть гильзы выполняется с резьбой и крепится в корпусе нижней ступени посредством гайки, навинченной на нижнюю резьбовую часть гильзы.
Для уплотнения соединения между гильзой и внешней поверхностью корпуса нижней ступени размещена герметизирующая прокладка.
При промышленном изготовлении первая ступень ракеты выполняется из ПЭТ пластика уже заодно с гильзой и коаксиальным отверстием в донышке диаметром 1 мм (фиг. 3).
В частности, ступени могут быть выполнены из ПЭТ-бутылок, а гильза - из дюраля.
Разделитель многоступенчатых пневмогидравлических («водяных») моделей ракет предназначен для надежного удержания состыкованных ступеней ракеты находящихся под давлением сжатого воздуха и гарантированного разделения частей ракеты при падении давления в нижней ступени до заданной величины.
Ступень ракеты представляет собой удлиненный цилиндрический сосуд, изготовленный из ПЭТ пластика. При нагнетании внутрь него сжатого воздуха под давлением он увеличивается в объеме и соответственно увеличивается его диаметр. Рабочее давление находится в пределах упругой деформации материала. При стравливании давления сосуд приобретает исходный объем и соответственно диаметр. Это явление и положено в основу принципа работы разделителя.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых представлено следующее:
На фигуре 1 - общий вид двухступенчатой ракеты с разделителем;
На фигуре 2 - конструкция разделителя (вид 3);
На фигуре 3 - вариант промышленного изготовления донышка корпуса нижней ступени из ПЭТ пластика.
Многоступенчатая ракета (фиг. 1) содержит верхнюю ступень 1, нижнюю ступень 2 и разделитель 3. При этом разделитель состоит из сопла 4, верхняя часть которого плотно закреплена на горловине верхней ступени 1. Сопло 4 выполнено в виде удлиненной втулки. Нижняя часть сопла 4 установлена в полости верхней части гильзы 5, нижняя часть которой имеет коаксиальное перепускное отверстие 6 и установлена в корпусе нижней ступени 2. В полости гильзы 5, между боковыми стенками сопла 4 и гильзы 5, размещено уплотнительное резиновое кольцо 7. Также разделитель содержит удерживающее кольцо 8, выполненное с возможностью обжатия корпуса нижней ступени 2 и через стойки 9, жестко закрепленное на корпусе верхней ступени 1. Нижняя часть гильзы 5 закреплена в корпусе нижней ступени 2 посредством гайки 10, навинченной на нижнюю часть гильзы 5. Между гильзой 5 и внешней поверхностью корпуса нижней ступени размещена герметизирующая прокладка 11.
Ракета собирается и работает следующим образом.
С небольшим (регулируемым) усилием части ракеты вставляются друг в друга. Двойная центровка по диаметрам корпуса и гильзы 5 обеспечивает хорошую соосность соединения, а при нагнетании - и большую поперечную жесткость. Герметичность соединения обеспечивается уплотнительным резиновым кольцом 7 (стандартное уплотнительное резиновое кольцо по ГОСТ 9833-73). Нагнетание сжатого воздуха производится через сопло нижней ступени 2, при этом сжатый воздух через отверстие 6 гильзы 5 беспрепятственно поступает в верхние ступени ракеты. Возникающее при этом усилие от нарастающего давления внутри корпусов стремится вытолкнуть сопло 4 из гильзы 5, однако, одновременно с этим увеличивается и сила трения в паре «удерживающее кольцо 8 - корпус нижней ступени 2» прямо пропорционально давлению, ширине удерживающего кольца 8, диаметру корпуса нижней ступени 2, коэффициенту трения и предварительному натягу. При этом сила трения по модулю нарастает быстрее, чем сила выталкивания. Стойки 9, жестко закрепленные на удерживающем кольце 8 и корпусе верхней ступени 1, воспринимают осевое усилие от силы выталкивания. Таким образом обеспечивается надежное удержание частей ракеты при нагнетании. При равенстве давлений в нижней и верхней ступенях вода из верхней в нижнюю не перетекает.
При старте - открытии сопла 4 нижней ступени 2, вода, а затем и воздух истекают из него, создавая реактивную силу движущую ракету. Давление в нижней ступени стремительно падает и под действием нарастающего перепада давлений в нижней и верхней части вода из верхней ступени истекает в нижнюю. Однако процесс падения давления в нижней ступени скоротечный, измеряется десятыми долями секунды, а диаметр отверстия 6 в гильзе 5 крайне мал - 1 мм, поэтому упомянутые потери воды крайне незначительны (порядка 10 мл), а давление в верхней ступени остается постоянным и равным стартовому давлению нагнетания.
Диаметр корпуса нижней ступени 2 возвращается к исходному размеру, сила трения (сила удержания) падает и становится равной силе предварительного натяга, но и меньшей, чем сила выталкивания сопла 4 из гильзы 5. Происходит разделение частей ракеты, а удерживающее кольцо 8 со стойками 9 теперь уже выполняет функцию кольцевого стабилизатора верхней ступени.
Данный разделитель отличается простотой и надежностью конструкции, минимумом деталей, возможностью регулировки момента срабатывания. Отсутствие обратного клапана позволяет осуществлять аварийный сброс давления из всех частей ракеты на старте. В случае количества ступеней больше двух, каждый разделитель срабатывает последовательно. Игровой эффект можно повысить, если в ступени заливать воду окрашенную в разные цвета естественными безвредными красителями.
Низкая себестоимость узла, его простота и эффективность, не исключает возможного промышленного производства в качестве развивающего набора для детей.