ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНЫЙ КОМПЛЕКС С УНИВЕРСАЛЬНЫМ СИЛОВЫМ УСТРОЙСТВОМ
TAKEOFF-LANDING COMPLEX WITH UNIVERSAL POWER DRIVE

Изобретение относится к авиационной технике и касается устройств и механизмов для обеспечения взлета и/или посадки летательных аппаратов, может быть использовано для оборудования укороченных взлетных и посадочных полос наземных аэродромов и авианосцев.
Посадка самолета на корабль является одним из наиболее сложных элементов пилотирования самолетов и требует от пилота филигранного мастерства, особенно в условиях качки корабля. В настоящее время при заходе на посадку на авианосец пилотам необходимо выполнять множество действий, в числе которых управление скоростью, тангажом и креном. При этом правильность захода на посадку пилот сверяет по оптической системе посадки. Выдерживание расчетной скорости снижения и траектории захода на посадку в вертикальной плоскости (угол наклона траектории составляет 3,5-4°) и приведение самолета в расчетную точку касания - на средину площадки размером 6×36 м с зацепом тормозного крюка за трос не ранее момента касания палубы основными шасси - является сложной задачей для пилота. Посадка на корабль производится без этапа выравнивания, поэтому отклонение от расчетного угла снижения может привести либо к перелету зоны аэрофинишера (при меньшем значении угла наклона траектории) с необходимостью ухода на второй круг, либо к столкновению самолета с кормовым срезом корабля (при большем значении) с разрушением ЛА. Но даже при снижении по расчетной траектории самолет проходит кормовой срез на высоте всего около 4 м. Однако даже приведение самолета в расчетную точку касания еще не означает 100% успеха завершения полета. Поэтому при посадке в момент касания самолетом палубы корабля летчик увеличивает скорость за счет перевода двигателей на режим "Максимал". Это необходимо для того, чтобы в случае незацепа крюка за трос, самолет имел бы возможность взлета на второй круг. Большая скорость необходима для того, чтобы с помощью рулей высоты можно было) создать требуемый угол атаки, обеспечивающий самолету необходимую подъемную силу. У самолетов палубного базирования суммарная доля весовых затрат на обеспечение посадки доходит до 7%, так как условия эксплуатации палубных самолетов считаются наиболее жесткими и сопряжены с необходимостью поглощения более высоких вертикальных скоростей и нагрузок в момент посадки, чем это свойственно условиям эксплуатации большинства сухопутных самолетов.
Известен «Способ посадки беспилотного самолета на аэрофинишер» (патент RU 2399560 С1, опубликовано: 20.09.2010), выбранный в качестве прототипа приемного устройства. Способ заключается в том, что БПЛА снабжен гибким посадочным поводком с кошкой на конце, который выпускается на посадочном режиме, причем траекторию полета БПЛА формируют так, чтобы зацепление за приемный участок троса, установленного на вершинах двух мачт, происходило при пролете или после пролета над этим участком, вектор скорости непосредственно перед контактом с аэрофинишером ориентирован на набор высоты и на пролет над посадочной площадкой, после чего интенсивно тормозят БПЛА до заданной скорости, регулируя выпуск приемного троса. Далее торможение беспилотника до полной остановки осуществляется за счет падения его на поверхность демпфирующей подушки, наполненной воздухом низкого давления. Технический результат направлен на повышение эффективности эксплуатационных свойств беспилотного летательного аппарата.
Недостатком этого способа является то, что нужно подгонять высоту идущего на посадку летательного аппарата под высоту установленного на мачтах троса аэрофинишера, что трудно сделать дистанционно, а также требуется установка высоких и прочных (а значит тяжелых и нетранспортабельных) мачт, т.к. при воздействии массы летательного аппарата на трос, закрепленный на вершинах мачт, на последние действует значительный по величине изгибающий момент. Чем длиннее остановочный поводок БПЛА, тем должны быть выше мачты. При средних или больших скоростях захода на посадку гибкий поводок с кошкой на конце из-за сопротивления воздуха опускаться будет незначительно, т.е. будет идти в потоке за летательным аппаратом, а это значит, что для осуществления посадки нужна очень высокая точность полета по высоте над тросом, что обеспечить крайне трудно. Для тяжелых летательных аппаратов с высокой посадочной скоростью данный способ посадки неприемлем.
Известно приемное устройство, установленные на палубах всех авианосных кораблей в виде поперечно расположенных приемных тросов, в том числе установленное на тяжелом авианесущем крейсере "Адмирал Флота Кузнецов" с самолетами морского базирования Су-33 (А.Фомин "Су-27. История истребителя". РА Интервестник, Москва, 1990 г.), предназначенное для зацепа крюка летательного аппарата при посадке его на палубу. Основу силового устройства аэрофинишера составляет гидравлический плунжерный тормоз, соединенный тормозным канатом через 18-ти кратный полиспаст, систему блоков и демпфирующих устройств с приемными тросами, расположенными поперек посадочной полосы. Вес устройства около 90 тонн.
Зона аэрофинишера, оборудованная на посадочной полосе крейсера, составляет в длину около 38 м и на ней расположено четыре троса, с интервалом 12 м. Обычно тросы лежат на палубе, а перед посадкой самолета поднимаются над ней на высоту 200-300 мм. Они предназначены для зацепа крюка самолета, опустившегося на посадочную полосу корабля. Тормозной крюк самолета имеет систему выпуска, подтяга и демпфирования.
Приемное устройство аэрофинишера «Светлана-2» включает в себя; приемную зону аэрофинишера, расположенную на посадочной палубе, приемный трос для обеспечения улавливания ЛА, палубные тросоподъемники и подъемные блоки для поддержания приемного троса на требуемой высоте, комплект специальных фонарей направленного света для выдерживания расчетной глиссады в вертикальной плоскости (оптическую систему посадки), тормозной крюк ЛА, установленный на штанге.
Недостатками этой системы являются:
- зацеп самолетом палубного троса осуществляется при большой скорости на максимальной тяге двигателей, в результате чего летчик испытывает большие перегрузки, а аэрофинишер работает в режиме предельных нагрузок;
- при успешной посадке самолета на палубу во время захвата и натяжения троса возникает момент силы торможения, рывком опускающий нос самолета вниз, что также повышает перегрузки, воздействующие на летчика;
- необходимость наличия у пилота высокой квалификации;
- ненадежный режим зацепления, особенно при шторме и большой скорости приземления, вызывающий большую вероятность ухода на повторную попытку посадки (для повышения вероятности зацепления параллельно задействовано несколько улавливающих тросов со своими аэрофинишерными машинами);
- высокая стоимость обучения пилота;
- отсутствует надежный механизм автоматизированной посадки, что может повлечь потерю летательного аппарата и пилота при получении последним боевых травм или ухудшившегося самочувствия;
- ограниченный ресурс модернизации таких машин, где реализована жесткая механическая обратная связь по положению штока силового тормозного цилиндра;
- единственным параметром, определяющим режим посадки, является вес принимаемого ЛА, что не позволяет реагировать на иные условия посадки;
- для взлета и посадки приходится иметь на борту раздельные силовые устройства, что нерационально с точки зрения унификации и весогабаритных показателей.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что конструкция приемного устройства аэрофинишера «Светлана-2» требует переосмысления.
Известно силовое устройство катапульты в виде электромагнитной системы запуска самолетов (EMALS) разработки компании "General Atomics" специально для перспективного авианосца нового класса «Gerald R. Ford», строящегося в США, на котором отсутствует паросиловая установка из-за применения в нем новых двигателей CODAG (COmbined Diesel And Gas). Общая масса 225 т, состоит из импульсных генераторов, системы управления и линейного синхронного электродвигателя мощностью 100000 л.с.
Недостатки катапульты в том, что для работы EMALS потребуется электроэнергии больше, чем способен обеспечить корабль. Она предназначена только для очень крупных авианосных кораблей. Высокая температура нагрева (до 1500°С), большой вес, скромная скорость разгона, высокая сложность этой катапульты дают основание полагать, что для установки данного устройства на авианосцы потребуется решить много сложных технических задач. К тому же эта катапульта не универсальна и не может быть использована в качестве аэрофинишера.
Известна паровая катапульта типа «Светлана-1», принятая в качестве прототипа, установленная на Учебно-тренировочном комплексе «НИТКА», содержащая два параллельных щелевых цилиндра, каждый диаметром 53 см и длиной 100 м., внутри которых движутся поршни, соединенные между собой и прикрепленные к колесному челноку, который тянет самолет за переднюю стойку шасси и перемещается по направляющим, расположенным ниже поверхности верхней палубы. Для разгона ЛА в щелевые цилиндры подается пар под давлением 64 атмосферы, накопленный в пароаккумуляторах, Количество пара в цилиндрах, следовательно, и ускорение определяются типом самолета, его взлетного веса, скорости и направления ветра, а также от температуры воздуха.
К недостаткам паровых катапульт относят значительный вес щелевого разгонного цилиндра, т.к. большое давление пара на внутренние стенки разрезанного вдоль по всей длине цилиндра требует значительного увеличения толщины этих стенок, а точность состыковки частей большой длины сложного для производства разрезного цилиндра ведет к у значительному удорожанию всего изделия. Недостатком можно считать также значительные размеры тормозного цилиндра, вызванные торможением значительной массы разгонной системы в виде поршней и челнока, значительную массу и объем остальных элементов катапульты, а также большой расход пара при интенсивном старте самолетов. Для ее работы нужен мощный паровой котел и пароаккумулятор больших размеров, т.к. удаление поршня от стартовой позиции все больше открывает щель разгонного цилиндра, через которую уходит давление, и требует подачи пара с нарастанием по мере продвижения поршней и усиленной работы по производству пара. Ложе щелевого цилиндра в подпалубном канале корабля требует высокой жесткости конструкции и сверхточной установки.
Термином «трос» в настоящем описании обозначается гибкая механическая связь, физическим воплощением которой может быть трос, канат, цепь, шнур, нить, проволока, ремень, лента и т.п.
Термин «ЛА» - означает летательный аппарат, коим может быть самолет, вертолет, беспилотный летательный аппарат.
Термин «ВПК» - означает Взлетно-посадочный комплекс.
Термин «силовое устройство» или «Устройство» - означает двигатель или механизм для получения и/или утилизации механической энергии для работы авиафинишера и/или катапульты.
Термин «барабанио-распредслительный механизм» - механизм для передачи и распределения механической энергии по потребителям с преобразованием сил, моментов и скоростей и/или характера движения, позволяет согласовать режимы работы силового устройства и исполнительных органов ВПК, приводить в движение несколько механизмов от одного силового устройства, осуществлять реверсирование движения, изменять вращающие моменты и частоты вращения при сохранении постоянного момента и частоты вращения силового барабана, преобразовывать вращательное движение в поступательное и др.
1. Сущность изобретения состоит в том, что Взлетно-посадочный комплекс с универсальным силовым устройством для обеспечения работы катапульты и/или аэрофинишера содержит челнок с крюком, устройства управления, систему питания рабочей средой, включающую генератор и/или аккумулятор рабочей среды, палубное и/или стреловое приемное устройство аэрофинишера, сигнальные огни оптической системы посадки, по крайней мере, один рабочий цилиндр, по крайней мере, с одной торцевой крышкой; внутри рабочего цилиндра установлен рабочий поршень, по крайней мере, одностороннего действия, оборудованный, по крайней мере, с одной стороны силовым тросом; барабанно-распределительный механизм с тросо-шкивной системой; аккумулятор рабочей среды системы питания рабочей средой оборудован подвижным подпорным поршнем двухстороннего действия или не оборудован подпорным поршнем; взлетный трамплин, оборудованный катапультой или не оборудован; кормовой и/или боковой борт корабля оборудован, по крайней мере, одной стрелой приемного устройства с механизмом регулирования угла наклона к посадочной полосе, стрела оборудована направляющими для движения каретки, на которой установлен створ с U-или V-образным расположением балок, верхняя часть балок оборудована приемным тросом; штанга крюка летательного аппарата выполнена с возможностью удлинения, а сам крюк оборудован роликом, или не оборудован. Комплекс по п.1, отличающееся тем, что рабочий поршень двухстороннего действия и снабжен силовыми тросами с двух сторон рабочих поверхностей; рабочий цилиндр разделен рабочим поршнем двухстороннего действия на два переменных объема, работающих самостоятельно при разгоне или торможении ЛА; разгон и торможение ЛА осуществляется при движении рабочего поршня в любом возможном направлении; внутренняя торцевая часть рабочего цилиндра оборудована, по крайней мере, одним демпфирующим и/или тормозным устройством, выполненным в виде пружины, либо в виде гидро- и/или пневмоцилиндра, либо в комбинации видов; тормозное действие для остановки рабочего поршня осуществляется посредством подачи рабочей среды в подпорный объем рабочего цилиндра; барабанно-распределительный механизм с тросо-шкивной системой, содержит коробку передач, снабженную спусковым устройством, мотор-генератор, систему датчиков натяжения и движения троса, силовой и/или главный валы, оборудованные, по крайней мере, одним барабаном, при этом все барабаны оборудованы электро- и/или гидроуправляемыми ручными и/или автоматическими муфтами сцепления со своим валом, а также, при необходимости, демпферами крутильных колебаний, а также содержит или не содержит тормозную гидравлическую систему, содержащую, по крайней мере, гидромотор, гидроаккумулятор или без гидроаккумулятора; спусковое устройство катапульты установлено в коробке передач и/или на шине крепления тормозных суппортов, и/или на барабане и содержит, по крайней мере, один упор и/или муфту сцепления, удерживаемые управляемые гидравлическим и/или электрическим приводом; челнок оборудован или не оборудован роликами для движения по направляющим; взлетный трамплин оборудован катапультой; содержит, по крайней мере, по одному функционально раздельному силовому устройству, предназначенному для раздельной работы катапульты и/или авиафинишера; ложе силового устройства расположено в любой части корабля, например, в нижней, кормовой, подпалубной, на палубе и в других местах корабля; по крайней мере, один трос тросо-шкивной системы оборудован магнитными метками; рабочий цилиндр и/или его ложе оборудованы теплоизоляцией; стрела приемного устройства выполнена телескопической, выдвижной и/или складной; каретка стрелового приемного устройства оборудована створом с U- или V-образным расположением балок, складывающихся при зацепе крюка летательного аппарата за приемный трос, и может быть оборудована: ловушкой для бульба тормозного троса; роликами или колесами; электромагнитной системой натяжения тросов; штангами, собранными из профилированных элементов, стянутых тросом; оптическая система посадки стрелового посадочного устройства оборудована сигнальными створными и опорными огнями, установленными с возможностью синхронного изменения высоты; все его узлы и элементы установлены на подвижных платформах и обладают мобильностью; крюк летательного аппарата оборудован роликом; тормозной и/или возвратный барабан выполнен в безынерционном варианте; челнок катапульты оборудован возвратным тросом челнока, возвратным барабаном, электродвигателем возврата челнока на стартовую позицию, механизмом расцепа с разгонным тросом, демпфером, тормозным штоком; стартовая позиция оборудована лебедкой для подтяга летательного аппарата к челноку и/или столом для челнока; приведение в рабочее состояние штанги крюка летательного аппарата выполняется способом телескопического или раскладного удлинения; посадка летательного аппарата осуществляется на тележку и/или взлет летательного аппарата производится с тележки; тележка оборудована посадочным демпфером и/или подбрасывающим летательный аппарат механизмом
Целью изобретения является разработка взлетно-осадочного комплекса на основе универсального силового устройства для аэрофинишера и катапульты с уменьшенными весогабаритными характеристиками, а также расширение арсенала силовых и приемных устройств ВПК.
Технический результат, который может быть достижим при реализации изобретения заключается в том, что предлагаемый ВПК позволит:
Использовать одно силовое устройство для катапульты и/или аэрофинишера.
Уменьшить расход энергии на обеспечение выполнения функций ВПК.
Уменьшить весогабаритные характеристики ВПК.
Оцифровать условия торможения и разгона.
Сделать режим остановки и разгона ЛА более мягким.
Сделать режим работы механизмов ВПК более мягким.
Уменьшить длину посадочной и разгонной полос.
Уменьшить перегрузки, действующие на летчика и ЛА.
Оборудовать трамплин катапультой.
Увеличить массу обрабатываемых ЛА.
Расположить силовые элементы ВПК в самом низу корпуса корабля.
Обеспечить ремонт и быструю замену узлов ВПК силами экипажа.
Оборудовать корабли, не имеющие паросиловой установки, подобным ВПК.
Удешевить конструкцию ВПК.
Упростить конструкцию ВПК.
Использовать всю длина взлетной палубу или полосы.
Увеличить количество вариантов расположения механизмов ВПК на корабле;
Автоматизировать посадку ЛА морского базирования на укороченные посадочные полосы;
Повысить надежности посадки. Снизить квалификацию пилота.
Сэкономить топливо двигателем ЛА.
Увеличить массу принимаемых ЛА.
Обеспечить мягкое опускание ЛА на палубу.
Уменьшить прочность посадочной палубы.
Уменьшить расход моторесурса двигателя ЛА.
Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых представлены:
Фиг 1 - Барабанно-распределительное устройство (Кинематическая схема ВПК).
Фиг.2, 3 - схема каретки.
Фиг 4 - Схема оборудования трамплина катапультой.
Фиг 5 - Схема приемного устройства.
Цифрами обозначено:
1 - гидроаккумулятор; 2 - разделительный поршень; 3 - вал гидропривода; 4 - коробка передач; 5 - мотор-генератор; 6 - шины крепления тормозных суппортов; 7 - главный вал; 8 - разгонный трос катапульты на прямой палубе; 9 - натяжной шкив; 10 - челнок с крюком; 11 - трек катапульты; 12 - натяжные шкивы; 13 - тормозной трос с бульбом; 14 - бульб; 15 - разгонные тросы катапульты на трамплине; 16 - приемный трос мачтового приемного устройства; 17 - балки посадочного устройства; 18 - каретка; 19 - остановочный трос каретки; 20 - барабан (безынерционный) стрелового приемного устройства; 21 - мотор-генератор стрелового приемного устройства; 22 - вертолетный посадочный трос; 23 - тормозной трос стрелового приемного устройства; 24 - штанга крюка ЛА; 25 - крюк с роликом ЛА; 26 - приемный трос палубного приемного устройства; 27 - концевое крепление тормозного троса палубного приемного устройства; 28 - тормозной трос палубный; 29 - приемный трос палубного приемного устройства; 30 - тормозные тросы; 31 - демпфер силового устройства; 32 - продувочные окна; 33 - герметичный ввод силового троса; 34 - компрессор; 35 - шток подпорного поршня; 36 - мотор привода штока подпорного поршня; 37 - дроссель; 38 - дроссель; 39 - кран; 40 - подпорный поршень; 41 - дроссель; 42 - аккумулятор рабочей среды; 43 - байпас байпас; 44 - дроссель; 45 - демпфер силового устройства, 46 - компрессор; 47 - продувочные окна; 48 - герметичный ввод силового троса; 49, 50 - силовые тросы; 51 - тормоз барабана; 52 - силовой вал; 53 - муфта сцепления; 54 - силовой барабан; 55 - гидромотор; 56 - гидробак; 57, 58 - дроссель жидкостной; 59 - воздушная магистраль; 60 - кран; 61 - кран; 62 - кран; 63 - компрессор; 64 - фильтр впуска рабочей среды; 65 - датчики магнитных меток;; 66 - барабан разгонного троса прямой палубы; 67 - рабочий поршень; 68 - барабан разгонного троса трамплина; 69 - барабан тормозного троса с бульбом; 70 - рабочий цилиндр силового устройства; 71 - барабан вертолетного посадочного троса; 72 - барабан тормозного троса стрелового приемного устройства; 73 - барабан палубного тормозного троса; 74 - барабан палубных тормозных тросов; 75 - электромагнит; 76 - пластина каретки; 77 - механизм натяжения каретки; 78 - электроцилиндр; 79 - натяжные тросы приемного устройства каретки; 80 - ролики (колеса) каретки; 81 - направляющая каретки; 82 - приемный ролик каретки; 83 - ребро каретки; 84 - станина каретки с ловушкой; 85 - зев ловушки; 86 - прямая взлетно-посадочная палуба; 87 - стол челнока; 88 - ролики поддержки разгонных тросов катапульты на трамплине; 89 - натяжной ролик; 90 - трамплин; 91 - створные огни; 92 - ЛА; 93 - глиссада; 94 - положение ЛА перед опусканием на палубу; 95 - траектория горизонтального полета ЛА; 96 - опорные огни; 97 - гидроцилиндр подъема стрелы; 98 - трос стрелы фиксирующий; 99 - стрела приемного устройства; 100 - шкив.
Состав и назначение узлов и механизмов ВПК.
ВПК содержит в полной мере или частично следующие узлы:
1. универсальное газовое силовое устройство;
2. систему питания рабочей средой;
3. тросо-шкивную систему;
4. блоки управления;
5. тормозной крюк на ЛА.
6. барабанно-распределительпый механизм.
7. катапульту.
8. аэрофинишер.
9. приемное устройство аэрофинишера.
Универсальное газовое силовое устройство предназначено для обеспечения работы катапульты и/или аэрофинишера. Принцип работы силового устройства основан на действии давления рабочей среды в виде газа (например, пара, воздуха или другого газа), заключенного в закрытую систему рабочего цилиндра. Оно является универсальным, т.е. позволяет использование одной конструкции силового устройства в катапульте и/или аэрофинишере.
Силовое устройство состоит из, по крайней мере, одного рабочего цилиндра 70 (фиг.1), внутри которого установлен рабочий поршень 67, делящий объем рабочего цилиндра на два рабочих переменных объема «А» и «Б», и представляющий из себя газовую пружину с регулируемым внутренним давлением, силой и скоростью движения поршня посредством воздействия на рабочий поршень 67, который в свою очередь воздействует на силовые тросы 49, 50:
а) регулированием впуска или выпуска газа во внутренние переменные объемы «А» и «Б» рабочего цилиндра 70,
б) изменением передаточного отношения в коробке передач 4,
в) тормозным или ускоряющим действием электрического мотор-генератора 5,
г) тормозным действием гидромотора 55.
В качестве рабочего цилиндра 70 может быть использована труба для магистральных газопроводов диаметром, например, 400-1500 мм, которая имеет рабочее давление до 15 МПа. Высокий уровень механических свойств основного металла и сварного шва этой трубы позволяют использовать ее в силовом устройстве ВПК. Она более чем на порядок легче и дешевле парового щелевого цилиндра.
Для экономии ресурсов при работе ВПК возможна рекуперация энергии. При посадке ЛА происходит переизбыток энергии, которую можно накопить посредством, например, созданием давления газа в объеме «Д» гидроаккумулятора 1, это давление можно использовать для привода гидромотора 55 с последующим вращением потребителей механической энергии. При чередовании взлетов и посадок энергетические затраты на работу ВПК будут минимальны.
ВПК управляется со специального пульта, допускающего перенастройку на прием самолетов различной массы и регулирование параметров разгона или торможения.
Рабочий цилиндр 70 (фиг.1) оборудован, по крайней мере, одной торцевой крышкой, а рабочий поршень 45 является поршнем одно- или двухстороннего действия. Рабочий поршень 67 с одной или с обеих сторон оборудован силовыми тросами 49, 50, проходящими через уплотнения 48,33 в торцевых крышках рабочего цилиндра 70 и замкнутого на силовой барабан 54 барабанпо-распределительного механизма с тросо-шкивной системой. Для создания давления внутри рабочего цилиндра 70 применены компрессоры 34, 46, 63 и/или газовый аккумулятор 42. Аккумулятор 42 целесообразно оборудовать подпорным поршнем 40 двухстороннего действия, который будет делить внутренний объем аккумулятора 42 на два переменных объема «В» и «Г», которые, в свою очередь соединены с переменными объемами «А» и «Б» рабочего цилиндра 70. Подпорный поршень 40 аккумулятора 42 своим передвижением позволяет увеличивать или уменьшать давление в своих переменных объемах «В» и «Г», которое передается в переменные объемы «А» и «Б» рабочего цилиндра 70. Рабочая среда в виде пара берется из парогенератора или парового котла, а воздушная - из атмосферы через фильтр 64, другие газы берутся из генераторов этой рабочей среды. Шток 35 подпорного поршня 39 аккумулятора 42 оборудован мотором 36 для перемещения поршня 40. Гидроаккумулятор 1 для накопления энергии торможения ЛА также оборудован разделительным поршнем 2, разделяющим воздушную «Д» и жидкую «Е» среды. Переменный объем «Е» для воздушной среды гидроаккумулятора 1 соединен с переменными объемами «В» и «Г» аккумулятора рабочей среды 42. Переменный объем «Е» гидроаккумулятора 1 оборудован дросселями 57,58 для плавного регулирования давления перепуска жидкости, а объем «Д» кранами 60,61 для передачи рабочей среды в аккумулятор 42.
Разделение рабочего цилиндра 70 рабочим поршнем 67 двухстороннего действия на два переменных объема «А» и «Б» позволяет этим объемам работать самостоятельно при разгоне и/или торможении ЛА, что позволяет силовому устройству осуществлять разгон и торможение ЛА при движении рабочего поршня 67 в любом возможном направлении. Для этого рабочий поршень 67 должен быть установлен в какое-нибудь крайнее положение, а реверсирование направления движения потребителя механической энергии осуществляется коробкой передач 4 в барабанно-распределительном механизме.
Для торможения рабочего поршня 67 внутренняя торцевые крышки рабочего цилиндра 70 оборудованы, по крайней мере, одним демпфирующим и/или тормозным устройством в виде пружины 31,45, гидро- и/или пневмотормоза (не показано), воздушной подушки, которая образуется посредством подачи рабочей среды в подпорный объем рабочего цилиндра 70, либо в комбинации видов. Торцевые крышки снабжены продувочными закрываемыми отверстиями 32,47, которые открываются или закрываются в зависимости от решаемой задачи.
1. Барабанно-распределительный механизм, содержит коробку передач 4, снабженную спусковым устройством, силовой вал 52, на котором установлен силовой барабан 54, главный вал 7, на котором установлены, по крайней мере, по одному барабану: разгонному 68, 68, тормозному 69, 72, 73, 74, вертолетному приемному барабану 71, при этом все барабаны оборудованы электро- и/или гидроуправляемыми ручными и/или автоматическими муфтами сцепления 53 с главным 7 и/или силовым 52 валами, демпферами крутильных колебаний, тормозными суппортами 51, и предназначен для распределения механической энергии по потребителям с помощью тросо-шкивной системы. Спусковое устройство катапульты установлено в коробке передач и/или на шине 6 крепления тормозных суппортов 51, и/или на барабанах и содержит, по крайней мере, один упор и/или муфту сцепления 53, удерживаемые управляемые гидравлическим и/или электрическим приводом.
Челнок катапульты 10 оборудован остановочным тросом челнока (не показано), намотанным на остановочный барабан, соединенным с электродвигателем подтяга челнока на стартовую позицию, и механизмом расцепа с разгонным тросом, демпфером, тормозным штоком для остановки. Остановочный трос челнока содержит упругую вставку, являющуюся демпфером. Для экономии топлива ЛА при маневрирования для постановки на крюк челнока стартовая позиция может быть оборудована лебедкой для подтяга ЛА к челноку (не показана). Челнок 10 может соединяться с натянутыми разгонными тросами 8,15 посредством сцепного механизма, при этом натянутый трос не позволит челноку 10 опуститься вниз, а от переворота он будет фиксироваться в разгонном треке 11 катапульты крюком, поэтому он может не оборудоваться роликами для движения по направляющим, т.к. при движении челнок 10 будет соединен с ЛА и это будет дополнительно его фиксировать. Но на стартовой позиции целесообразно под челноком 10 иметь стол 87 (фиг.4), на который он будет опираться при постановке ЛА на челнок, и не сможет быть утоплен в подпалубное пространство. При оборудовании трамплина 90 катапультой челнок 10 целесообразно закрепить между двух разгонных тросов 15, которые будут опираться на ролики 88 трамплинного взлетного участка, расположенные по сторонам от трека 11 катапульты.
Для удержания рабочего поршня 67 (фиг.1) в стартовом положении, когда на пего действуют значительные силы давления газов, силовой барабан 54 и/или коробка передач 4 в барабанно-распределительном механизме оборудованы спусковым устройством, которое фиксирует силовой барабан 54 от вращения и включает его для вращения. Оно содержит, по крайней мере, один упор и/или муфту сцепления, удерживаемые управляемые гидравлическим и/или электрическим приводом и позволяет плавно отпускать фиксатор (не показано).
При наличии достаточного места для расположения ВПК, он может содержать, по крайней мере, по одному функционально раздельному силовому устройству, предназначенному для раздельной работы катапульты и/или авиафинишера. При этом рабочий цилиндр 70 может быть расположен в любой части корабля, например, в нижней, кормовой, подпалубной, на палубе и в других местах корабля.
Для оцифровки рабочих процессов силовой трос 49, 50 через определенные расстояния оборудуется магнитными метками, считывание которых осуществляется магнитными датчиками 65. Аналогичным образом датчиками магнитных меток оборудуются все тросы. Это позволит вести контроль скорости и протяженности перемещения тросов и устройств, которые подсоединены к ним - поршня и других устройств, и влиять на их передвижение изменением давления рабочей среды в подпорной и/или напорной части рабочего цилиндра 70, изменением передаточного отношения в коробке передач 4, торможением или ускорением движения рабочего поршня 67 мотор-генератором 5 путем включения его в режим мотора или генератора, противодействием гидромотора 55 или комбинированно.
При использовании в качестве рабочей среды пара, рабочий цилиндр 70 может быть оборудован дренажной системой, например, в виде штуцера с краном для слива конденсата и/или для продувки рабочего цилиндра паром для его нагрева перед эксплуатацией. В этом случае целесообразно оборудовать рабочий цилиндр 70 и/или его ложе теплоизоляцией.
Предлагаемое техническое решение позволяет иметь на взлетной полосе и трамплин, и катапульту, а также позволяет оборудовать трамплин катапультой, а это, в свою очередь, позволяет осуществлять взлет с более благоприятными параметрами для пилота и летательного аппарата.
Работа силового устройства для привода катапульты.
ЛА с запущенными двигателями, находящийся на летной палубе, подтягивается лебедкой к крюку челнока 10 и закрепляется на нем. Рабочий поршень 67 находится в стартовой позиции - в положении «А», продувочные окна открыты 32, а окна 47 закрыты. В напорную часть переменного объема «А» рабочего цилиндра 70 подается газ из аккумулятора 42 из переменного объема «В», но рабочий поршень 67 сдвинуться не может, т.к. удерживается силовым тросом 49, застопоренным коробкой передач 4, а мотор-генератор 5 находится в готовности к включению в режим электродвигателя с максимальной нагрузкой. После получения команды на старт ЛА, коробка передач 4 плавно разблокирует силовой барабан 54 и позволяет ЛА плавно стронуться с места, при этом нагрузка на мотор-генератор 5 плавно увеличивается и затем он переводится в режим максимальной работы в качестве мотора для увеличения скорости движения рабочего поршня 67, а в напорную часть «А» рабочего цилиндра 70 подается под давлением газ из переменного объема «В» аккумулятора 42 для увеличения скорости движения челнока 10, при этом мотор 36 перемещает шток 35 и подпорный поршень 40 в полость «В», тем самым увеличивает давление в напорной полости «А» рабочего цилиндра 70. Рабочий поршень 67 тянет силовой трос 49, раскручивая силовой барабан 54, который в свою очередь раскручивает разгонный барабан 66 или 68 и приводит в движение разгонный трос 8 или 15 с установленным на нем челноком 10 и ЛА. После завершения разгона ЛА, из напорного переменного объема «А» рабочего цилиндра 70, посредством байпаса 43 при открытом кране 39, газ поступает в подпорный переменный объем «Б» рабочего цилиндра 70, при этом продувочные окна 32 закрываются, а окна 47 открываются. Рабочий поршень 67, двигаясь по инерции, сжимает этот газ и замедляет ход до остановки. Для более быстрой остановки газ в подпорный объем «Б» может подаваться под давлением из полости «Г» аккумулятора 42, создавая воздушный демпфер. Регулировка скорости подачи газа в переменные объемы «А» и «Б» осуществляется дросселями 44, 37 и поддувом компрессорами 34, 46. Если инерция не будет погашена до конца, то в работу вступают демпферы 31, 45 и/или тормоз (не показан). Рабочий поршень 67 стопорится в этом крайнем положении для дальнейшей работы в обратном направлении, для разгона или торможения ЛА, при этом движение разгонного троса 8 или 15 прекращается. При движении рабочего поршня 67 в обратном направлении, коробка передач 4 реверсируется, при этом движение рабочего поршня 67 осуществляется в обратном направлении, а разгонные тросы 8, 15 движутся в прямом направлении, т.к. их не надо даже возвращать в исходное положение - достаточно отсоединить от них и подтянуть в стартовое положение челнок 10.
Рабочая среда (воздух) берется из атмосферы через фильтр 64, другие газы - из генераторов этой среды. Компрессор 63 по магистрали 59 подает воздух в полости «В» и «Г» аккумулятора 42.
Для возвращения челнока 10 в стартовое положением после завершения разгона ЛА, предусмотрен (не показано) механизм возврата челнока посредством остановочного троса, намотанного на остановочный барабан с электромотором. Трос соединен с челноком, а челнок оборудован механизмом, который разъединяет челнок с разгонным тросом посредством либо воздействия троса при его окончательной размотке с барабана на механизм разъединения, либо при помощи электропривода, затем мотор этого барабана возвращает челнок 10 в стартовую позицию и соединяет его с разгонным тросом 8, 15 - катапульта снова готова к старту.
Во время работы катапульты компрессоры 34, 46 интенсивно закачивают или откачивают рабочую среду в объем рабочего цилиндра 70 из аккумулятора 42 в соответствии с решаемой задачей.
Для более быстрого управления подачей давления газа в объемы «А» и «Б» рабочего цилиндра 70, подпорный поршень 40 аккумулятора рабочей среды 42 при своем перемещении поджимает давление в одном объеме, например, «В» и уменьшает в другом - «Г», при этом увеличивается давление в полости рабочего цилиндра «А» и уменьшается в полости «Б». Этот подпорный поршень 40 позволит с меньшими затратами накачивать воздух в аккумулятор, например, в объем с меньшим давлением, а затем перепускать его поршнем в объем с большим давлением посредством закрытия дросселей 37, 38, 41, 44 и открытии крана 39.
Работа силового устройства для привода аэрофинишера.
Для остановки ЛА 92, зацепившегося крюком 25 за приемный трос аэрофинишера, силовое устройство работает по принципу сжатия рабочей среды в переменном объеме рабочего цилиндра 70 с дополнительным торможением мотор-генератором 5, работающем в режиме генератора с максимальной нагрузкой и/или включением гидромотора 55 в режим насоса. При посадке на стреловое приемное устройство посадочная скорость ЛА 92 (фиг.5) будет невысокой и с торможением ЛА справится либо мотор-генератор 5, либо рабочий цилиндр 70. При посадке традиционным способом без стрелового посадочного устройства на палубное приемное устройство, когда двигатель ЛА переводится в режим «максимал», тормозное усилие на тормозном тросе 28, 30 будет значительным, поэтому в работу по торможению включаются все способы: в сжимаемый объем рабочего цилиндра 70 поступает сжатый газ из аккумулятора 42, который перемещается подпорным поршнем 40 аккумулятора 42, мотор-генератор 5 работает в режиме генератора с максимальной нагрузкой, также целесообразно применить еще и гидравлическую систему торможения - гидромотор 55, соединенный валом 3 с коробкой передач 4. В этом случае тормозной барабан 73, 74 через коробку передач 4 соединены с гидромотором 55, который перекачивает жидкость, например, в гидроаккумулятор 1, при этом кран 61 закрыт и жидкость, поступающая в объем «Г», передвигает поршень 2 и сжимает газ в полости «Д». Давление воздуха в полости «Д» и дроссель 3 создают противодействие закачиваемой жидкости, что тормозит вращение главного вала 7 и, соответственно, вытягивание тормозного троса с барабана 73, 74. Возможна перекачка жидкости из бака 56 в бак 56, при этом дроссель 57 открыт, а скорость прохода жидкости регулируется управляемым дросселем 58, что также тормозит раскрутку тормозных барабанов. В дальнейшем, накопленная энергия от мотор-генератора 5 и сжатый воздух в полости «Д» гидроаккумулятора 1 может быть использована для различных нужд. В качестве гидронасоса торможения может быть использован винтовой гидронасос, который дает высокое давление и меньшую пульсацию.
Состав, назначение узлов и описание работы механизмов стрелового приемного устройства аэрофинишера при посадке ЛА.
В стреловое приемное устройство аэрофинишера включены следующие элементы:
1. Каретка 18 (фиг.5), соединенная возвратным тросом 19 и с барабаном возврата 20, оборудованная балками 17, образующими створ с U- или V-образным расположением балок (Фиг.2), между которыми расположен приемный трос 16.
2. Стрела приемного устройства 99 с механизмом фиксации и регулирования угла наклона (вылета) в виде гидро- или электроцилиндра 97.
3. Оптическая система посадки в виде створных 91 и опорных огней 95.
4. Штанга 24 посадочного крюка 25, оборудованного роликом на ЛА 92 (фиг.5).
Стрела 99 выполнена в телескопическом, или складном, или в комбинированном виде, оборудована механизмом изменения угла наклона к полетной палубе 86. В стреле оборудован 99 канал 81 для движения удерживающих роликов 78 каретки 18. Канал 81 продолжается и в посадочной палубе 86. Механизм наклона стрелы 99 может быть оборудован каким-либо сервомеханизмом для быстрого реагирования на изменение высоты ЛА - противовесом, пневмо- или гидроаккумулятором, пружинами или комбинированным механизмом. Целесообразно снабдить стрелу механизмом для складывания или выдвижения из корпуса.
Штанга 24 крюка 25 ЛА 92 для такой посадки должна быть несколько длиннее применяемых для посадки на аэрофинишер-прототип. Удлиненная штанга может быть выполнена телескопической, преимущественно в виде пневмоцилиндра с установленным пиротехническим зарядом для принудительного удлинения штанги, или складной, с подпружиненными секциями, для самостоятельной раскладки. Штанга крюка по горизонтали должна быть закреплена с возможностью поворота относительно поперечной оси ЛА ближе к его центру масс, а по вертикали - ниже его центра тяжести с целью получить небольшое преобладание кабрирующего момента над пикирующим для осуществления контакта с палубой стойками основных шасси.
Целесообразно оборудовать посадочный крюк 25 ЛА роликом, который будет работать в тросо-шкивной системе торможения как полиспаст, при этом упрощается конструкция тросо-шкивной системы аэрофинишера. Крюк может быть оборудован фиксатором троса и обратной связью. Тормозные и возвратные барабаны, размотка троса с которых осуществляется при больших скоростях движения троса, следовательно, с большими оборотами и большими инерцией вращения барабана и центробежными силами, которые могут запутать трос, целесообразно выполнить в безынерционном исполнении, т.е. неподвижными - конусными или цилиндрическими, намотка троса на которые осуществляется специальным поводком.
Предполагаемая средняя высота подъема створа с приемным тросом аэрофинишера оценивается порядка 7-10 метров над уровнем посадочной палубы.
Балки створа 17 оборудуются шарнирами и/или пружинами (механическими, газовыми, газожидкостпыми, комбинированными) для их складывания и раскладывания. На стреле 99 приемного устройства оборудуется шкив 100 для движения возвратного троса 19. Простой и безопасный для ЛА, при случайном соприкосновении со створом, способ выполнения балок 17 - использовать для их быстрого складывания и раскладки принцип механизма С. Куликова, который применен в антеннах армейских радиостанций (фиг.2): балки створа 17 изготавливаются наборными из профилированных элементов которые состоит из отдельных звеньев в форме катушек, нанизанных на стягивающий их трос 79, пропущенный по внутреннему каналу катушек и натягиваемый при помощи специального электроцилиндра 80, благодаря которому в рабочем положении удерживается вся конструкция и сохраняется заданная форма. Между балками створа 17 натянут приемный трос 16. Стягивающие тросы 79 прикреплены к металлической пластине 76, которая соединена с электромагнитом 75. Посредством гидро- или электроцилиндра 80 происходит стягивание звеньев 77 натяжного механизма, который упирается одним концом в электромагнит 75, а вторым концом в головку каретки 18, на которой установлены балки створа 17 и натягивает стягивающие тросы 79, в следствие чего балки 17 принимают рабочий вид и между ними натягивается приемный трос 16. При зацепе ЛА 92 за приемный трос 1 б происходит сдвиг каретки 18 и отрыв пластины 76 от электромагнита 75 (т.к. масса и инерция ЛА значительно больше удерживающих усилий магнита), при этом пластина 76, освобожденная от действия магнита 75, перестает натягивать стягивающий трос 79, балки 17 становятся податливыми и продолжают далее работать как гибкая механическая связь, соединяющая ЛА 92 с кареткой 18, при этом попытка перемещения ЛА по траектории 95 первоначального полета вызовет перемещение каретки 18 по направляющим 81 стрелы 99, а это, в свою очередь, вынудит двигаться ЛА 92 по траектории 93, т.е. ЛА, по мере продвижения вперед, будет принудительно притянут гибкой механической связью, состоящей из стягивающих 79 и приемного 16 тросов, соединенных с кареткой 18, к посадочной палубе 86 корабля. Причем, на этапе полета над стрелой 99 тормозные силы, действующие на каретку 18, незначительны и это не позволяет ЛА 92 опуститься на стрелу 99. Далее - при переходе каретки 18 на палубу 86 корабля, возможно выполнить торможение ЛА несколькими способами:
1. Каретка 18 встречается с растянутыми приемными тросами 26, либо 28, палубного приемного устройства аэрофинишера и при движении ЛА 92 вперед происходит вытяжка, по крайней мере, одного тормозного троса и остановка ЛА. При этом полностью исключена любая возможность незацепа каретки 18 за тормозной трос. В случае установки на палубе приемных тросов 26, каретка 18 оборудуется двумя роликами 82, работающими как полиспаст и установленными по краям от зева ловушки 85.
2. Каретка содержит станину 84, оборудованную роликами 78 для движения по направляющей 81 стрелы 99, и ловушкой для бульба 14, зев ловушки 85 направлен строго на бульб 14, а приемное палубное устройство аэрофинишера выполнено в виде троса 13, оборудованного бульбом 14 (тормозной блок «а» фиг.1), расположенным в подпалубном пространстве и установленным на пути движения каретки 18. При принудительном движении каретки 18 зев ловушки 85 захватывает бульб 14 и вытягивает тормозной трос 13, перекинутый через шкив 87, с нарастающим усилием, что останавливает ЛА после приземления. Верхняя и нижняя части каретки 18 соединены ребром 83, которое движется по треку в стреле 99 и палубе 86.
3. Каретка 18 оборудована тормозным тросом 23 (тормозной блок «б» на фиг.1), соединенным с барабаном 72, торможение ЛА осуществляется при торможении вращения барабана 72.
4. Комбинированным способом - в сочетании разных способов торможения.
Все эти способы торможения, в плане зацепа, более надежны по сравнению с обычным способом посадки ЛА на палубу.
Приемные тросы 26 палубного приемного устройства выполнены с возможностью их быстрого удаления с палубы посредством расцепа узла 27 с кронштейном его крепления персоналом палубной команды, и намоткой на барабан 73. Его установка осуществляется обратным способом в обратной последовательности.
Движение стрелы 99 вверх или вниз регулируется механизмом регулирования высоты (преимущественно гидро- или электроцилиндром) по командам устройства, отслеживающего скорость и высоту совершающего посадку летательного аппарата. Вычислительным блоком управления торможением определяется тормозное усилие на тросах 23, 13, 28, 30, которым управляет механизмом торможения троса.
Для выдерживания летчиком рекомендованных высоты и направления полета портал оборудуется створными огнями 91, а посадочная палуба - опорными 96 огнями, которые являются оптической системой посадки. Огни синхронно устанавливаются на одинаковой высоте, чтобы пилот мог выдерживать горизонтальный полет, а приемный трос 16 устанавливается несколько ниже траектории 95.
Этапы работы стрелового приемного устройства аэрофинишера при приеме и сопровождении ЛА на посадочную палубу корабля:
- максимальное снижение скорости и высоты полета ЛА, выравнивание траектории горизонтального полета 95 (фиг.5) по огням створа 91 и опорных 96, направление ЛА между балок створа 17 стрелового приемного устройства в направлении на опорные огни 96, выпуск и удлинение штанги 24 крюка 25;
- автоматическая установка приемного троса 16, путем изменения угла наклона стрелы к палубе корабля, на высоте полета ЛА в диапазоне высот между нижней точкой шасси ЛА и крюком системой управления аэрофинишером по данным высотомера;
- зацепление крюка 25 ЛА 92 за приемный трос 16, установленный на балках 17 створа подвижной каретки 18, и буксировка каретки 18 за ЛА 92;
- принудительное движение по глиссаде 93 в след опускающейся по стреле 99 каретки 18 и притягивание ЛА 92 к посадочной палубе 86;
- зацепление каретки 18 за приемный трос 26 палубного приемного устройства,
- опускание ЛА 92 на поверхность палубы 86 вследствие противодействия тормозного троса 26, что уменьшит подъемную силу ЛА 94 и вынудит его опуститься на палубу 86 стойками основного шасси, создание управляемого усилия для торможения произведшего посадку ЛА посредством палубного тормозного силового устройства механизма аэрофинишера.
При соприкосновении штанги 24 крюка ЛА 92 с приемным тросом 16, натянутом в горизонтальной плоскости между балок 17 створа, штанга 24, отклоняясь назад, скользит по приемному тросу 16 до совершения зацепа с крюком 25 и, при оборудовании крюка фиксатором, трос фиксируется в крюке 25, чтобы при волновых явлениях в тросе 16 при его вытяжке не произошло расцепа, который может привести к потере ЛА. Колебания штанги 24 крюка 25 при зацепе за трос 16 демпфирует амортизатор штанги крюка.
После фиксации приемного троса 16 на крюке 25, ЛА натягивает трос 16 и складывает балки 17 створа и срывает с места каретку 18, которая под действием тяги ЛА 92 двигается по направляющим 81 стрелы 99 вниз и тем самым принудительно тянет ЛА 92 к посадочной палубе 86. Каретка снабжена возвратным тросом 19, намотанным на барабан 20, соединенный с мотор-генератором 21, который может оказывать как тормозное, так и ускоряющее воздействие на трос 19 в целях регулирования скорости прохождения ЛА 92 над стрелой и посадкой точно в отведенной место без участи летчика.
После выхода каретки 18 со с стрелы 99 на посадочную палубу 86 она встречается с приемным тросом 26 (29) палубного приемного устройства аэрофинишера, соприкасается с этим тросом и инерционная масса ЛА 92 вытягивает тормозной трос до полной остановки ЛА.
В случае незацепа за приемный трос 16 ЛА продолжает полет по траектории 95, проходящей мимо посадочного комплекса, уходя на второй круг для повторения посадки.
Аэрофинишер управляется со специального пульта, допускающего перенастройку на прием самолетов различной массы.
Посадка летательного аппарата па посадочную палубу 86 авианесущего корабля осуществляется следующим способом:
A). Пилот:
- перед заходом летательного аппарата 92 на посадку выпускает штангу 24 крюка 25 в рабочее положение, которая устанавливается перпендикулярно продольной оси летательного аппарата, и удлиняется от газов взорвавшегося пиропатрона. Затем снижает скорость полета самолета и высоту до минимальных значений полета, ориентируясь по огням 91, 96 оптической системы посадки, выравнивает летательный аппарат и, продолжая горизонтальный полет по траектории 95, направляет ЛА в створ стрелового приемного устройства между балок 17 в направлении продольной оси посадочной палубы;
Б). Аэрофинишер корабля:
- высотомером определяется высота полета летательного аппарата 92 и система управления высотой створа, подстраивает угол наклона стрелы 99 к палубе 86 так, чтобы приемный трос 16 к моменту соприкосновения штанги 24 с тросом 16 (до зацепа) был расположен между нижней точкой шасси летательного аппарата 92 и крюком 25.
B). Летательный аппарат:
- при пролете летательного аппарата 92 над приемным тросом 16, крюк 25 соприкасается с тросом 16, амортизатор демпфирует упругий отскок штанги 24, позволяя ей скользить по тросу 16 до зацепления с крюком 25. Г). Аэрофинишер корабля:
- после производства зацепа трос 16 из барабана 20 вытягивается с регулируемым сопротивлением, от чего скорость летательного аппарата 92 замедляется, а каретка 18 движется по направляющим 81 стрелы 99 и тянет ЛА 92 вниз. После касания ЛА 92 палубы, каретка 18 соприкасается с приемным тросом 26 палубного приемного устройства и начинает с нарастающим усилием вытягиваться трос 28 (23, 30) с барабана 73 (72, 74), ЛА 92 совершает пробежку и останавливается.
При этом посадочная палуба 86 может быть оборудована традиционным приемным устройством в виде поперечно установленных приемных тросов 29, что может служить резервной посадочной системой для летчиков, предпочитающих традиционный способ посадки. Приемные тросы палубного приемного устройства могут быть выполнены с возможностью их удаления для того, чтобы каретка 18 не собирала все тросы при торможении ЛА, хотя, при сборе всех тросов кареткой 18 тормозное усилие не будет изменено, т.к. все тормозные барабаны установлены на одном главном вале 7 и тросы с них будут раскручиваться синхронно, не увеличивая усилия торможения, что четырехкратно увеличивает надежность посадки, даже при обрыве трех тормозных тросов палубного приемного устройства (что совершенно невероятно) четвертый трос возьмет на себя нагрузку торможения и остановит ЛА. Возможен вариант, что тросы, не задействованные в торможении, могут пассивно вытягиваться из барабанов, разомкнутых с главным валом.
Преимуществами приемного стрелового устройства являются:
а) - снижение требований к квалификации пилота;
б) - более надежная посадка летательного аппарата;
в) - возможность осуществления автоматической посадки ЛА.
Возврат приемного троса 16 в исходное положение осуществляется следующим образом.
Сразу после остановки ЛА происходит расцеп приемного троса 16 с крюком 25, и пока ЛА освобождает посадочную палубу, мотор-генераторы 20 или 5 наматывают тормозные 23, 28, 30 и возвратный 19 тросы на свои барабаны, каретка 18 поднимается по стреле 99 в исходное положение, магнит 75 притягивает натяжную пластину 76, а электроцилиндр 78 стягивает элементы 77 к центру, при этом тросы 79 натягиваются и балки створа 17 встают на свое место и растягивают приемный трос 16, и аэрофинишер снова готов к приему ЛА.
Надежность посадки ЛА, при условии зацепа его крюка 25 за приемный трос 16 стрелового приемного устройства, обеспечивается тем, что полностью исключена возможность незацепа каретки за приемный трос палубного приемного устройства, а также многократное дублирование палубным приемным устройством, все это позволяет не включать двигатели в режим «максимал», следовательно, нагрузка на ЛА и пилота будет ниже, чем при посадке па палубное приемное устройство по традиционному способу.
Каретка 18, при движении ЛА 92 на посадочной глиссаде 93, работает как стабилизатор и выравнивает ЛА 92 при подходе к посадочной палубе 86 даже, если имеются существенные отклонения от курса - этому также способствует оборудование крюка 25 ЛА роликом. Все это создает предпосылки к тому, что все ЛА можно сажать на одно и то же место посадочного участка палубы. Это позволит отказаться от шасси для некоторых типов ЛА, например, беспилотных, и сажать их на тележку, а также производить взлет с тележки, при этом ЛА не оборудуются шасси, а сэкономленный за счет шасси вес используется для полезной нагрузки. При этом тележка оборудуется демпфером, например, пневматиком низкого давления, чтобы при посадке не повредить корпус, и механизмом подбрасывания ЛА при запуске с катапульты для имитации трамплина, выполненным, например, в виде рамы, поднимающейся под действием пневмопружин. Тележка, для соблюдения прямолинейной траектории движения во время посадки или взлета ЛА, оборудована, по крайней мере, одним ребром, скользящим по треку, расположенному на посадочной или взлетной палубах, предназначенных для движения каретки или челнока. Тележка на посадочной палубе может быть подсоединена к тормозному тросу.
Тросы, участвующие в работе силового устройства, могут быть оборудованы магнитными метками и/или тензометрическими датчиками, с которых снимается информация по скорости и усилию торможения и/или разгона, и производится корректировка параметров посредством включения мотор-генераторов в режим мотора или генератора, регулировкой давления в силовом устройстве, а также дополнительных устройств, влияющих на скорость движения исполнительных устройств. Дальнейшее торможение ЛА в результате управляемого действия силы торможения по вытяжке тормозного троса при пробежке, приведет к остановке ЛА с наименьшими перегрузками.
В целях уменьшения времени на обеспечение посадки нескольких ЛА, корабль может быть оборудован несколькими стреловыми приемными устройствами.
ВПК также позволяет принудительно сажать вертолеты. Принудительная посадка вертолета на палубу происходит таким образом. Вертолет зависает над палубой в районе установки вертолетного посадочного устройства и опускает трос, который член посадочной команды ловит и присоединяет к вертолетному тросу 22, который соединен с посадочным вертолетным барабаном 71, установленным на главном валу 7. Далее создается вращающий момент на вертолетном барабане 71 посредством, либо мотор-генератора 5, либо вращением гидромотора 55 от давления в гидроаккумуляторе 1, либо газовым силовым устройством путем подачи давления в рабочий цилиндр 70. Крутящий момент передается через коробку передач 4 на вертолетный барабан 71, вынуждая его вращаться и наматывать вертолетный трос 22, и тем самым принудительно притягивает вертолет к палубе.
ВПК может быть выполнен в мобильном варианте, все элементы которого будут расположены на транспортных средствах и собираться на месте использования. В этом случае катапульта ВПК оборудована, по крайней мере, одним 8 или двумя 15 разгонными тросами, расположенными на поверхности взлетной полосы между установленными в начале и конце полосы шкивами 9 или 12, а челнок 10 оборудуется колесами, благодаря которым он будет перемещаться по поверхности взлетной полосы. При этом колеса переднего шасси ЛА можно установить на челнок. В случае установки двух разгонных тросов 15, челнок 10 устанавливается между ними и в этом случае тросы не мешают переднему колесу ЛА двигаться по полосе. Шкивы 9, 12, на которые возлагается основная нагрузка, а также рабочий цилиндр 70 силового устройства, крепятся к кусту стальных свай, забитых по краям или в конце и начале полосы. Все элементы ВПК располагаются и устанавливаются на поверхности. Аналогичным образом устанавливаются приемные тросы авиафинишера. Стреловое приемное устройство аэрофинишера оборудуется на автомобильном прицепе и устанавливается на подлете к посадочной полосе, шкив тормозного троса стрелового устройства установлен вышеописанным способом. Отличие от прототипов:
1. В прототипе катапульта содержит два рабочих цилиндра, в предлагаемом изобретении - по крайней мере, один.
2. В прототипе рабочий цилиндр разрезной и открытый с одного торца, в предлагаемом изобретении - сплошной рабочий цилиндр в виде трубы с одной или двумя торцевыми крышками.
3. В прототипе внутри рабочего цилиндра установлен рабочий поршень одностороннего действия, в предлагаемом изобретении установлен рабочий поршень одно- или двухстороннего действия.
4. В прототипе Устройство является свободнопоршневым и неуправляемым, в предлагаемом изобретении поршень жестко связан с силовым барабаном силовыми тросами и имеет управляемое перемещение.
5. В прототипе внутри рабочего цилиндра имеется один изменяемый объем - напорный, в предлагаемом изобретении имеется два изменяемых объема - напорный и подпорный, которые в зависимости от направления движения рабочего поршня меняются местами.
6. В прототипе рабочий цилиндр строго одностороннего действия, в предлагаемом изобретении рабочий цилиндр одно- или двухстороннего действия.
7. В прототипе механизмы ВПК работают напрямую от своих силовых устройств, в предлагаемом изобретении распределение механической энергии осуществляет барабанно-распределительный механизм.
8. В прототипе для создания давления внутри рабочего цилиндра применен газовый аккумулятор, в предлагаемом изобретении аккумулятор оборудован установленным внутри него подпорным поршнем двухстороннего действия, который делит аккумулятор на два переменных объема, соединенных с переменными объемами рабочего цилиндра.
9. В прототипе торможение ЛА происходит одним способом посредством гидравлической плунжерной тормозной машины, в предлагаемом изобретении совместным или любым из трех способов в разной комбинации - противодавлением в рабочем цилиндре, работой мотор-генератора в режиме генератора, перекачкой жидкости в гидроаккумулятор.
10. В прототипе газ высокого давления подается в рабочий цилиндр с началом разгона, поэтому скорость движения поршней ограничивается скоростью поступления газа. В предлагаемом изобретении газ высокого давления уже находится в рабочем цилиндре и готов мгновенно толкать рабочий поршень, что обеспечит значительно большее ускорение и тягу, что важно, например, для беспилотных ЛА.
11. В прототипе рабочий цилиндр выполнен в виде ряда относительно коротких состыкованных секций щелевых цилиндров, скрепленных болтами, и требует исключительно точной подгонки один к другому, наличие щели предполагает большие утечки рабочей среды через щель и большую длину разгона из-за невозможности создать высокое давление. В предлагаемом изобретении используется магистральная газовая труба, состоящая из сваренных между собой участков относительно большой длины, диаметром от 400 до 1500 мм с рабочим давлением до 15 мПа, система герметична и позволяет использовать любую высокоэнергичную рабочую среду, что уменьшит габариты катапульты и повысит скорость разгона ЛА.
12. В прототипе рабочие цилиндры расположены под палубой. В предлагаемом изобретении Устройство может быть расположено в любом месте корабля - в нижней части корпуса, на палубе, в подпалубном пространстве и т.п., что позволит использовать пространство корабля более рационально, либо расположить на поверхности наземного аэродрома.
13. В прототипе имеется большая мертвая зона в конце взлетной палубы из-за расположения под палубой в ее конце тормозного устройства. В предлагаемом изобретении взлетная палуба используется полностью, что позволит уменьшить мертвое пространство, а освободившееся место использовать для других целей.
14. В прототипе челнок не имеет возможности изменять положение на треке и требует точной постановки ЛА на стартовую позицию под челнок, что вызывает затраты времени и расход дополнительного топлива при маневрировании ЛА. В предлагаемом изобретении челнок может передвигаться на любое расстояние вперед или назад по разгонному тросу, а стартовая позиция оборудована лебедкой для подтяга ЛА к челноку, что позволит сократить время подготовки к старту и уменьшить расход топлива ЛА на маневрирование при постановке на челнок.
15. В прототипе энергетическая установка тратит энергию на подогрев и перемещение пара. В предлагаемом изобретении имеется возможность рекуперации энергии, что снизит энергопотребление катапульты в пользу других энергопотребителей.
16. В прототипе щелевые цилиндры, выполненные из толстостенного металла, имеют значительный вес, что снижает грузоподъемность корабля. В предлагаемом изобретении тонкостенные цилиндры могут быть выполнены из легкого металла, что уменьшит их массу и сэкономит вес для другого груза.
17. В прототипе трамплин крайне трудно оборудовать катапультой, в предлагаемом изобретении это имеет место.
18. В прототипе имеется только одно - палубное приемное устройство, в предлагаемом изобретении два приемных устройства - палубное и стреловое.
19. В прототипе силовые устройства ВПК не могут быть выполнены мобильном варианте, т.к. требуют подпалубного (или подземного) размещения устройств, а также большого объема пространства для их размещения, в предлагаемом изобретении ВПК может быть выполнен в мобильном варианте с установкой на поверхности без разрушения покрытия, а также позволит использовать участки автомобильных дорог.
20. В прототипе нагрузку от принимаемого ЛА воспринимают две мачты, работающие на излом, в предлагаемом изобретении одна стрела, оборудованная кареткой, которая только поддерживает приемный трос, а основную нагрузку воспринимает силовой механизм.
21. В прототипе невозможна мягкая посадки, в предлагаемом изобретении возможна.
22. В прототипе ЛА обязательно оборудован шасси, в предлагаемом изобретении от шасси можно отказаться.
При оборудовании предлагаемым Взлетно-посадочным комплексом авианосных кораблей изобретение позволит:
- решить проблему парирования угрозы наращивания авианосных сил вероятного противника асимметричным методом;
- создать «москитный» авианосный флот, т.е. большое количество дешевых малых авианосцев, которые по эффективности не будут уступать средним авианосцам;
- разработать новую тактику действий такого флота, позволяющей осуществить повсеместное присутствие авиации и быстрое реагирование на угрозы;
- дислоцировать по малым авианосцам разные по назначению силы с разной специализацией и создавать целевые или многоцелевые группы из разных по назначению малых авианосцев;
- кардинально увеличить живучесть авианосного соединения путем распределения сил и средств на большом количестве авианосцев;
- быстро маневрировать силами и средствами в зависимости от оперативной обстановки;
- запускать с авианосцев любые летательные аппараты с любой тяговооруженностью, т.к. конструкция силового устройства позволяет использовать катапульту на трамплине;
- использовать дислоцирующиеся в разных районах авианосцы во исполнение одной задачи;
- увеличить радиус боевого применения авиации путем взлета с одного авианосца, а посадки на другой авианосец, дислоцирующийся в другом районе;
- увеличить радиус боевого применения авиации путем увеличения количества топлива за счет отказа от шасси на ЛА;
- увеличить на вес боевого снаряжения или полезной нагрузки ЛА за счет отказа от шасси на ЛА;
- использовать авианосцы как площадки подскока;
- использовать авианосцы как площадки дозаправки топливом и боеприпасами;
- дислоцировать авианосцы на крупных водоемах континентальной части - реках, озерах, заливах;
- лучше маскировать авианосцы под гражданские суда типа лихтеров или танкеров;
- рассредоточить ударные средства противника по множеству целей и снизить эффективность огневого воздействия или противодействия;
- использовать любые имеющиеся судостроительные мощности для постройки авианосцев;
- быстро создавать малые «бюджетные» авианосцы путем переоборудования, например, танкеров, лихтеров, барж или других подходящих по размерам гражданских судов в авианосцы;
- выполнять задачи по прикрытию районов рассредоточенными силами на больших участках, а в случае необходимости быстро сосредоточить силы и средства на главном направлении;
- обеспечивать десантные операции на больших участках и тем самым заставить противника рассредоточивать силы;
- обеспечить зональное военно-морское господство;
- обеспечить присутствие авианосных сил в районах с большой протяженностью коммуникаций или с малым оперативным простором, например, на северном морском пути в Арктике;
- демонстрировать флаг в большем количестве районов;
- увеличить живучесть наземных аэродромов путем укомплектования их мобильным ВПК.
Предлагаемый ВПК при оборудовании наземных аэродромов и/или авианосных кораблей позволит:
- оборудовать аэродромы мобильным вариантом ВПК;
- использовать неразрушенные участки поврежденных полос аэродромов;
- использовать участки автомобильных дорог в качестве аэродромов;
- снизить сроки и стоимость оборудования аэродромов силовыми устройствами;
- лучше маскировать аэродромы;
- увеличивать длину разгонной системы на палубе авианосца;
- упростить обслуживание ВПК;
- уменьшить требования по точности установки оборудования;
- рекуперировать энергию посадки;
- иметь постоянно готовые механизмы для осуществления полетов.
- минимально тратить энергоресурсы корабля на посадку и взлет;
- кардинально снизить стоимость взлетно-посадочного оборудования;
- кардинально снизить количество обслуживающего персонала:
- кардинально снизить объем помещений под взлетно-посадочное оборудование;
- обеспечить быстрый ремонт или замену оборудования;
- в короткие сроки организовывать учебные центры по обучению взлету и посадке на авианосцы в любом месте;
- в короткие сроки обучать пилотов посадкам па авианосцы;
- увереннее сажать самолеты на палубу авианесущего корабля летчиками любой квалификации;
- осуществлять уверенные взлет и посадку при полном отсутствии видимости;
- обеспечить пролет самолета в случае незацепа за трос аэрофинишера;
- иметь две посадочные системы на авианесущем корабле;
- экономить топливо;
- экономить моторесурс двигателя;
- отказаться от шасси на летательном аппарате, используя тележку при посадке и взлете, и т.д.
Изложенная выше конструкция Взлетно-посадочного комплекса с универсальным силовым устройством для обеспечения работы катапульты и/или аэрофинишера не исчерпывает всех вариантов, а является лишь его иллюстрацией. На практике могут быть использованы и другие варианты без нарушения основной идеи технического решения.