ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ СТЕНД
HYDRODYNAMIC BENCH

Изобретение относится к области экспериментальной техники и может быть использовано для опытного определения динамических характеристик пусковых устройств подводных аппаратов.
Наиболее известны гидродинамические стенды для технологических испытаний торпедных аппаратов (подводных пусковых устройств). Так, стенд для испытаний торпедных аппаратов, в которых используется самовыход торпед (патент РФ №2203469, МПК F41F 3/10, 2003), включает резервуар с водой, имитирующий забортную среду, тросовую линию, определяющую направление свободного перемещения стартующей торпеды в баке, устройство ее торможения и остановки при завершении испытания, а также измерительно-регистрирующую и пусковую аппаратуру.
Недостатками такого стенда являются большие габариты, отсутствие имитации забортного давления, невозможность испытаний пусковых устройств с силовыми установками динамического разгона технологического изделия (броскового макета подводного аппарата) до необходимых для безопасного отделения подводного аппарата от его подвижного носителя скоростей выхода за срез пусковой трубы.
Для исключения перечисленных недостатков разрабатываются гидродинамические стенды, содержащие прочную заполняемую водой камеру, в которой организуется демпфирующая воздушная полость, используемая для создания необходимого гидростатического давления в камере перед началом испытаний и имитационных условий для реализации выхода подводного аппарата за обводы его носителя.
Наиболее близким к настоящему изобретению по устройству является гидродинамический стенд по заявке №2008147919/28 от 04.12.2008 (положительное решение о выдаче патента от 29.03.2010). Согласно заявке гидродинамический стенд содержит заполненную водой камеру, с направляющими дорожками для подводного аппарата, устройство для его торможения, воздушную демпфирующую емкость, систему установки гидростатического давления и узел крепления пускового устройства подводного аппарата. Особенность гидродинамического стенда заключается в том, что в камере размещены подвижная перегородка для разграничения демпфирующей емкости и воды, выполненная в виде поршня, с ограничивающим ее ход упором и замыкателем для фиксации конечного положения поршня; переборка с откидывающейся крышкой, формирующая расходную полость, в которой установлен быстроразъемный узел крепления пускового устройства подводного аппарата, частично расположенного вне камеры. Причем расходная полость и камера оснащены системой уравнивания давления с демпфирующей емкостью. Благодаря такому выполнению, обеспечивается приближение режима пуска подводных аппаратов к реальным условиям их работы на глубине.
Однако такое устройство не лишено недостатков.
Для испытания пусковых устройств, в частности транспортно-пусковых контейнеров для подводных аппаратов, обладающих близкими размерами калиброванных частей (например, 107, 120, 127, 150 и т.д. мм), возникает необходимость в создании новых стендов, что сопровождается финансовыми и временными тратами на их изготовление, а также сложными монтажными и наладочными работами.
Точная установка неконтактных датчиков, например герконов, реагирующих на присутствие магнитных меток на бросовых макетах подводных аппаратов, связана с трудностями по конструктивному оформлению установочных мест для датчиков и необходимостью большого количества операций по их монтажу и демонтажу, герметизации их кабельных связей с измерительно-регистрирующей и управляющей аппаратурой и т.п.
При использовании в транспортно-пусковых контейнерах ингибиторов (нейтральных, исключающих разрушающее воздействие на резинотехнические изделия и коррозийно-нестойкие материалы, жидкостей) применение воды в гидродинамических стендах требует дополнительных операций по заполнению пусковых устройств ингибитором.
Установка гидростатического давления наддувом воздухом демпфирующей полости прочной камеры может способствовать возникновению аварийных ситуаций при попадании в полость продуктов неполного сгорания топлива генератора горячих газов, энергетически обеспечивающего динамический пуск подводного аппарата.
Для улучшения качества работы гидродинамического стенда приходится увеличивать (до 10-40 раз по отношению к водоизмещению броскового макета) объем демпфирующей полости.
Технической задачей настоящего изобретения является расширение эксплуатационных возможностей использования предлагаемого стенда путем сокращения времени его переоснащения для работы с изделиями других калибров, сравнительно близких по значению.
Технический результат достигается за счет того, что в гидродинамическом стенде, содержащем заполненную жидкостью прочную камеру с торцевыми переборками, на одной из которых, выполненной съемной, размещен быстроразъемный узел крепления пускового устройства подводного аппарата, систему установки гидростатического давления и измерительно-регистрирующую и управляющую работой стенда аппаратуру, внутри камеры размещены заполненная газом демпфирующая полость и устройство для торможения подводного аппарата, жестко позиционированное штангами с пусковым устройством, при этом по меньшей мере на двух штангах закреплена конструкция в виде рамочных кронштейнов с установленными на ней направляющими элементами для подводного аппарата, а датчики движения (положения), установленные по меньшей мере на одной штанге кабельными связями, пропущенными внутри нее в пределах камеры, соединены измерительно-регистрирующей и управляющей аппаратурой.
Введенные в конструктив штанги, кроме решения прочностных задач, могут быть использованы для точной выставки датчиков положения (движения) подводного аппарата относительно переднего среза пускового устройства, при этом кабельные связи датчиков с внешней, по отношению к камере, измерительно-регистрирующей и управляющей аппаратурой могут быть частично проложены внутри по меньшей мере одной из штанг, оснащенной устройством герметизации этих кабелей.
Многократность проведения испытаний без дополнительных работ по заполнению транспортно-пускового контейнера ингибитором достигается за счет того, что в качестве заполняющей прочную камеру жидкости применен ингибитор, использующийся в пусковом устройстве.
При использовании в качестве энергетической основы динамического пуска подводного аппарата генератора горячих газов, в демпфирующей полости может быть использован инертный газ, например азот.
Качественное снижение массогабаритных характеристик гидродинамического стенда с соответствующим сокращением затрат и повышение безопасности опытных работ могут быть достигнуты также путем уменьшения (до 2-4 величин водоизмещения подводного аппарата) объема демпфирующей полости за счет применения системы поддержания в ней постоянства установочного давления, включающей клапан сброса газа из демпфирующей полости по мере входа в камеру выпускаемого из пускового устройства подводного аппарата.
Предлагаемый гидродинамический стенд представлен на:
- Фиг.1 - общий вид заявляемого устройства в продольном сечении;
- Фиг.2 - поперечное сечение устройства.
Стенд содержит (Фиг.1) прочную камеру 1, включающую обечайку 2, замыкаемую с помощью штанг 3 торцевыми перегородками 4, заполненную жидкостью 5 так, что в верхней части камеры образована демпфирующая полость 6. На торцевой перегородке 4 установлен обеспечивающий пуск броскового макета 7 подводного аппарата пусковой блок 8, а на другом - тормозное устройство 9. На штангах неподвижно закреплены (Фиг.2) рамочные кронштейны 10 с направляющими элементами 11.
На обечайке 2 установлен (Фиг.1) стравливающий клапан 12 системы поддержания в демпфирующей полости постоянства давления, имеющий тарелку 13, уплотнитель 14, полость 15 управления и пружины - поддерживающую 16 и возвратную 17.
На Фиг.1 показаны также:
- 18 - датчики положения макета 7, снабженного кольцевой магнитной меткой 19, относительно переднего среза пускового блока;
- 20 - проложенный внутри штанги 3 кабель связи датчиков 18 с измерительно-регистрирующей и управляющей аппаратурой 21 и
- 22 - узел герметизации кабеля 20, установленный на его выходе из штанги 3.
Тормозное устройство 9 имеет раскрепленные с помощью проставышей 23 направляющий блок 24, обтюрирующие макет 7 переборки 25, буфер 26 и прочную крышку 27.
Гидродинамический стенд работает следующим образом.
Перед началом испытаний все полости стенда находятся под атмосферным давлением, стравливающий клапан 12 под действием возвратной пружины 17 закрыт.
С помощью не показанных на схеме заливного устройства и системы вентиляции внутренняя полость прочной камеры 1 заполняется ингибитором.
С помощью не обозначенных на схеме клапанов системы поддержания постоянства давления в демпфирующей полости 6 (подробнее см. заявку №2010100766 от 11.01.2010 г.) в нее и в полость 15 управления стравливающего клапана 12 подают газ (воздух или инертный газ, например азот) до достижения установочного давления имитации глубины работы пускового блока 8, которое в полости 15 замыкается специально предусмотренным клапаном. Стенд подготовлен к работе.
По команде от аппаратуры 21 срабатывает пусковой блок 8, макет 7 выходит в камеру 1, что сопровождается увеличением давления в демпфирующей полости 6. За счет разности давлений в ней и установочного давления в полости 15 управления стравливающего клапана 12 его тарелка 13, преодолевая усилие возвратной пружины 17, отходит от уплотнителя 14, что предопределяет регулируемый сброс газа из демпфирующей полости 6 и, соответственно, поддержание в ней постоянства установочного давления. В случае когда демпфирующая полость ограничена, как показано на Фиг.1, специальным колпаком, а тарелка 13 клапана 12 касается жидкости, поддержание давления в камере 1 постоянным будет осуществляться сбросом жидкости через стравливающий клапан 12. Это рационально при имитации больших глубин.
Перемещение макета 7 по направляющим элементам 11 фиксируется аппаратурой 21 с помощью датчиков 18.
После полного выхода из пускового блока 8 макета 7 его носовая оконечность входит в тормозное устройство 9. За счет обтюрации макета 7 в переборках 24 давление в замыкаемой макетом емкости тормозного устройства 9 возрастает, чем формируется тормозное воздействие на макет 7. При его подходе к буферу 26 он останавливается (подробнее см. патент РФ на полезную модель №87510, 2009).
После снятия давления в демпфирующей полости 6 и слива жидкости из прочной камеры 1 пусковой блок 8 может быть отсоединен от нее и подготовлен к следующей работе стенда.
Предлагаемое конструктивно-технологическое решение гидродинамического стенда обладает еще одной положительной особенностью. Оно легко перенастраивается на работу с пусковым блоком, оснащенным другим макетом 7, имеющим отличную по величине от начальной калиброванную часть. В этом случае, при демонтированных из обечайки днищах со штангами, в условиях монтажного участка, на посадочное место в торцевой переборке 4 устанавливается подготавливаемый к работе другой пусковой блок 8. Направляющие элементы 11 на рамочных кронштейнах 10 заменяются и центрируются под измененный калибр макета 7; при снятой крышке 27 тормозного устройства 9 устанавливаются сменные переборки 25, корректируется в соответствии с необходимостью положение датчиков 18 на штанге 3, после чего завершается монтаж стенда в целом.
Таким образом, качественно сокращаются временные траты, а вместе с ними финансовые и трудовые. В соответствии с новыми требованиями могут быть заменены ингибитор и газ, подаваемый в демпфирующую полость 6.
Предлагаемое техническое решение гидродинамического стенда обеспечивает повышение производительности опытных работ и надежную безопасность их проведения.