УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ И СБРОСА ГРУЗА С ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
DEVICE TO FASTEN CARGO IN AND DROP FREE IT FROM AIRCRAFT

Изобретение относится к оборудованию летательных аппаратов (ЛА), обеспечивающему отцепление, катапультирование или сбрасывание предметов.
Известен блок разделяемых отсеков ЛА (полезная модель №33641), принятый за прототип, содержащий основной отсек, отталкиваемый отсек, устройство для соединения отсеков, включающее в себя корпус, закрепленный на основном отсеке, пиропатрон, раздвигающийся фиксатор и поддерживающий его сдвигаемый поршень, болт; раздвигающийся фиксатор выполнен в виде разжимного пружинного кольца, в корпусе устройства для соединения отсеков выполнена канавка под разжимное кольцо, при этом на разжимном кольце снаружи и в соответствующей канавке корпуса со стороны, обращенной к выходу из устройства, выполнены конусы, а болт удерживается разжимным кольцом, соединен с отталкиваемым отсеком и дополнительно содержит упор и отверстия для прохода газов, при этом сдвигаемый поршень подпружинен. Крепление отделяемого отсека осуществляется затяжкой гайки болта, при этом отделяемый отсек имеет контактную поверхность для упора в конструкцию ЛА. ЛА может быть оборудован передним и задним известными устройствами для отталкивания предметов в боковом направлении, например корпуса стартового ускорителя, расположенного параллельно фюзеляжу ЛА.
Существенными признаками предлагаемого устройства, совпадающими с признаками прототипа, являются следующие - устройство для крепления и сброса груза с летательного аппарата, содержащее передний и задний узлы, выполненные в виде пневмоцилиндров, закрепленных на летательном аппарате, надпоршневые полости которых сообщены с автономными пиротехническими устройствами для подачи сжатого газа, груз содержит кронштейны крепления, а наружные концы штоков снабжены резьбовыми соединениями для крепления кронштейнов, при этом груз содержит контактные поверхности для упора в конструкцию летательного аппарата при затягивании резьбовых соединений, штоки зафиксированы неподвижно устройствами крепления с возможностью расфиксации за счет движения соответствующих поршней под воздействием давления сжатого газа и отделения совместно с грузом.
Безопасность отделения груза, закрепленного сбоку от фюзеляжа ЛА известным устройством, не обеспечивается вследствие параллельного отталкивания, при этом из-за уменьшения давления воздуха в щелевом зазоре возможны соударения груза с фюзеляжем ЛА (явление "аэродинамического подсоса").
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое устройство, является увеличение вероятности безопасного отделения груза без существенного увеличения габаритов и массы устройства.
Для решения поставленной задачи в устройстве для крепления и сброса груза с летательного аппарата, содержащем передний и задний узлы крепления, выполненные в виде пневмоцилиндров, закрепленных на летательном аппарате, надпоршневые полости сообщены с автономными пиротехническими устройствами для подачи сжатого газа, груз содержит кронштейны крепления, а наружные концы штоков снабжены резьбовыми соединениями для крепления кронштейнов, при этом груз имеет контактные поверхности для упора в конструкцию летательного аппарата при затягивании резьбовых соединений, штоки зафиксированы неподвижно устройствами крепления с возможностью расфиксации за счет движения соответствующих поршней под воздействием давления сжатого газа и отделения совместно с грузом, передний узел выполнен с возможностью передачи грузу большего импульса силы, чем импульс, передаваемый грузу задним узлом, при этом кронштейны крепления груза и, по крайней мере, один из штоков, снабжены шарнирами, оси вращения которых перпендикулярны к плоскости отталкивания. Кроме того, для дополнительного уменьшения потребных габаритов и массы устройства один из кронштейнов крепления выполнен с возможностью компенсации в нем температурного изменения длины груза.
Отличительными признаками предлагаемого устройства для крепления и сброса груза с ЛА является то, что передний узел выполнен с возможностью передачи грузу большего импульса силы, чем импульс, передаваемый грузу задним узлом, при этом кронштейны крепления груза и, по крайней мере, один из штоков, снабжены шарнирами, оси вращения которых перпендикулярны к плоскости отталкивания; один из кронштейнов крепления выполнен с возможностью компенсации в нем температурного изменения длины груза.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующий технический результат - увеличивается вероятность безопасного отделения груза от ЛА без существенного увеличения габаритов и массы устройства для крепления и сброса. Дополнительно обеспечивается уменьшение габаритов и массы устройства при использовании его для крепления и сброса удлиненных грузов.
Предложенное техническое решение может найти применение в ЛА, преимущественно беспилотных, длительно хранящихся до применения в широком диапазоне температур окружающей среды, для отделения от ЛА полезной нагрузки, например корпуса стартового ускорителя, после разгона беспилотного ЛА.
Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами, фиг.1-4.
На фиг.1 представлен груз, закрепленный на ЛА.
На фиг.2 представлен вид по стрелке А, фиг.1, поясняющий конструкцию кронштейна переднего узла крепления груза.
На фиг.3 представлен вид по стрелке В, фиг.1, поясняющий конструкцию кронштейна заднего узла крепления груза.
На фиг.4 представлено положение груза в обтекающем воздушном потоке при сбросе с ЛА.
Представленное на фиг.1-4 устройство для крепления и сброса груза с ЛА содержит передний и задний узлы крепления, выполненные в виде пневмоцилиндров, переднего 1 и заднего 2, закрепленных на ЛА 3, надпоршневые полости 4 и 5 которых сообщены через дроссели 6 с автономными пиротехническими устройствами 7 для подачи сжатого газа, груз 8 содержит передний 9 и задний 10 кронштейны крепления к наружныем концам штока 11 переднего пневмоцилиндра 1 и штока 12 заднего пневмоцилиндра 2 посредством резьбовых соединений 13 с болтами 14, при этом груз 8 содержит упорные пяты 15 (фиг.2, 3), выполненные в верхней части кронштейнов 9 и 10, для упора в конструкцию ЛА 3 при затягивании болтов 14 резьбового соединения 13. Штоки 11 и 12 зафиксированы неподвижно устройствами крепления, содержащими выполненные в полостях цилиндров 1 и 2 кольцевые канавки 16 (фиг.4), в которых размещены разжимные пружинные кольца 17, удерживаемые поршнями 18, которые удерживаются в кольцах 17 пружинами 19, опирающимися на расширения штоков 11 и 12. На внутренних концах штоков 11 и 12 выполнено резьбовое соединение 20 с гайками 21, опирающимися на разжимные упорные кольца 17 и содержащими каналы 22 для прохода сжатых газов к внутренней поверхности поршней 18. Штоки 11 и 12 с поршнями 18 могут быть зафиксированы с возможностью их расфиксации и другими известными способами, например, с использованием срезных шпилек. На входе в полости цилиндров 1 и 2 выполнены продольные пазы 23 (фиг.1), при этом штоки 11 и 12 содержат выступы 24, размещенные в пазах 23 для удерживания штоков 11 и 12 от вращения при креплении кронштейнов 9 и 10 груза 8 болтами 14. В переднем пневмоцилиндре 1 канавка 16 (фиг.4) выполнена в верхней части его полости, а в заднем пневмоцилиндре 2 - в средней части, что обеспечивает больший объем надпоршневой полости 5 пневмоцилиндра 2 по сравнению с объемом надпоршневой полости 4 пневмоцилиндра 1. Шток 11 пневмоцилиндра 1, кронштейны 9 и 10 содержат шарниры 25-27, соответственно, оси вращения которых перпендикулярны к плоскости отталкивания. Каждый из пиротехнических устройств 7 подачи сжатого газа содержит камеру сгорания 28, в которой размещен заряд 29 твердого топлива, а также инициирующий его горение пиропатрон 30. Задний конец груза 8 содержит продольные направляющие штыри 31, а кронштейн 10 установлен на штырях 31 посредством выполненных в нем отверстий 32, диаметр которых выбран из условий обеспечения возможности скольжения штырей 31.
вр.
2
АД
вр.
Представленное на фиг.1-4 устройство работает следующим образом. В полете ЛА 3 при воздействии перегрузок груз 8 удерживается на ЛА 3 благодаря контактному напряжению, возникающему между упорными пятами 15 и конструкцией ЛА 3 (фиг.2, 3). Для сброса груза 8 задействуются пиропатроны 30 (фиг.1) пиротехнических устройств 7 переднего 1 и заднего 2 пневмоцилиндров одновременным замыканием электроцепей подключения пиропатронов 30 к бортовому источнику электропитания (не показан). Происходит сгорание зарядов 29 твердого топлива с созданием в камерах сгорания 28 (фиг.4) высокого давления газообразных продуктов сгорания, которые через дроссели 6 поступают в надпоршневые полости 4 и 5 пневмоцилиндров 1 и 2, обеспечивая повышение в них давления газа, которое через каналы 22 в гайках 21 передается на внутреннюю поверхность поршней 18, которые опускаются, сжимая пружины 19, и освобождают разжимные пружинные кольца 17, которые под действием сил упругости и силы от давления газов на поршни, сжимаясь, выходят из канавок 16. Силы давления газов в надпоршневых полостях 4 и 5 на поршни 18 и гайки 21 передаются через ступенчатые поверхности штоков 11 и 12 и резьбовые соединения 20 на штоки 11 и 12 и через резьбовое соединение 13 на кронштейны 9 и 10 груза 8. Под действием этих сил штоки 11 и 12 вместе с кольцами 17, поршнями 18 и пружинами 19 выходят из полостей пневмоцилиндров - переднего 1 и заднего 2, а груз 8 отводится от ЛА 3. При этом в надпоршневой полости 4 меньшего объема переднего пневмоцилиндра 1 развивается большая величина давления, по сравнению с давлением в надпоршневой полости 5 заднего пневмоцилиндра 2, соответственно, и большее усилие выталкивания, передаваемое грузу 8 штоком 11 пневмоцилиндра 1 и больший импульс силы. В результате этого к моменту выхода штоков 11 и 12 из полостей пневмоцилиндров 1 и 2 со сбросом давления газов и действующих сил выталкивания груз 8 располагается под отрицательным углом атаки (-α) к набегающему потоку воздуха W (фиг.4) с остаточной угловой скоростью вращения (ω) вокруг его центра тяжести (ЦТ). Наличие угла -α формирует в центре давления (ЦД) боковую составляющую F аэродинамической силы F на груз 8, способствующую отводу груза 8 от ЛА 3, а остаточная угловая скорость вращения ω груза 8 способствует поддержанию отрицательного угла атаки груза 8 после выхода штоков 11 и 12 из пневмоцилиндров 1 и 2. Поэтому для увеличения вероятности безопасного отделения груза 8 не надо отводить его от ЛА 3 на большое расстояние с увеличением длины штоков 11 и 12 и, соответственно, с увеличением габаритов и массы пневмоцилиндров 1 и 2. Возможность вращения груза 8 при частичном выходе штоков 11 и 12 из полостей пневмоцилиндров 1 и 2 со смещением оси шарнира 26 кронштейна 9 по горизонтали на величину Δl от первоначального положения обеспечивается вращением составляющих частей штока 11 в шарнире 25 и составляющих частей кронштейнов 9 и 10 в шарнирах 26 и 27. Разность импульсов сил, передаваемых грузу 8 посредством пневмоцилиндров 1 и 2, может быть обеспечена также и другими способами, например уменьшением диаметра дросселя 6 в пневмоцилиндре 2 или увеличением массы заряда 29 твердого топлива в пиротехническом устройстве 7 пневмоцилиндра 1.
Крепление груза 8 при нахождении штырей 31 в отверстиях 32 кронштейна 10, обеспечивающих возможность скольжения штырей 31, исключает нагружение конструкции пневмоцилиндров 1 и 2 при удлинении груза 8 вследствие нагрева конструкции, например, при горении твердого топлива стартового двигателя, аэродинамическом или солнечном нагреве конструкции, что позволяет проектировать пневмоцилиндры 1 и 2 на меньшие нагрузки и дополнительно уменьшить их массу и габариты.