УНИВЕРСАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ДОСТАВКИ
UNIVERSAL PNEUMATIC TUBE DELIVERY DEVICE

Изобретение относится к области техники, связанной с экологической безопасностью, и может быть использовано для доставки материалов в заданную точку пространства, а также различных других устройств (например, радиолокационных отражателей). Устройство позволяет проводить метеорологические исследования путем создания аэрозольных образований за счет выброса материала в заданную точку пространства и дальнейшего слежения за ним. Кроме того, оно может быть использовано для тушения пожара, проведения дегазации и дезактивации местности при осуществлении зарядки устройства составом соответствующего назначения, а также для локализации распространения нефтяных пятен на поверхности воды и других чрезвычайных ситуациях, где необходимо исключить нахождение человека в опасной зоне и обеспечить доставку материала для рассеяния его в этой зоне.
Известно устройство для разбрасывания рекламных листов, защищенное патентом США №55535599А с приоритетом от 23.05.95 /1/. Это устройство содержит пневматический блок для разбрасывания рекламных листов и гильзу, в которой размещены свернутые в трубку листы. Гильза устанавливается в пневматический блок и имеет картонные стенки и несиловое дно. Рекламные листы размещают внутри гильзы в свернутом положении, причем ширина листа такова, что не требуется более 3-х витков, чтобы свернуть лист в кольцо требуемого диаметра, а длина листа в три раза больше длины гильзы. Признаком, общим с заявленным устройством, является использование пневматики для разбрасывания материала, в частности рекламных листов. Однако известное устройство имеет конструктивные ограничения, что не позволяет размещать аэрозоли и другие материалы, а также невысокую дальность доставки.
Известно пневматическое пусковое устройство с разрушаемым диском, защищенное патентом США №5365913А с приоритетом от 20.07.93 /2/. Устройство содержит накопительный резервуар со сжатым воздухом, поступающим от источника. К резервуару через разрушаемый диск присоединена пусковая труба. При определенной величине давления диск разрушается и пропускает освобождающийся воздух для пуска снаряда. Устройство допускает повторную замену диска после пуска. Известное устройство использует, как и заявляемое, энергию сжатого воздуха для стрельбы снарядами, и оно имеет пусковую трубу и разрушаемый диск (мембраны).
Известно изобретение (патент США №5370033А с приоритетом от 30.09.93. под названием «Пневматическое стреляющее устройство») /3/. Устройство содержит ствол, источник сжатого газа, канал, соединяющий источник сжатого газа со стволом, блокиратор и клапан. Блокиратор перекрывает канал, соединяющий источник сжатого газа со стволом. Клапан расположен вне ствола, соединен с источником сжатого газа и управляет блокиратором. При срабатывании клапана блокиратор открывает канал, соединяющий ствол с источником сжатого газа, что обеспечивает подачу сжатого газа в ствол и выстрел. Известное устройство использует, как и заявляемое, энергию сжатого воздуха для стрельбы снарядами, и оно имеет ствол - пусковой трубы. Однако известное устройство имеет ограниченные конструктивные возможности для размещения и последующего разбрасывания различных материалов.
Известно устройство постановки ложных целей, описанное в международной заявке WO 79/00658 с приоритетом от 22.02.79 /4/, наиболее близкое по техническому результату и техническому исполнению, а также общим конструктивным признакам. Известное устройство предназначено для постановки аэрозольных образований из дипольных отражателей. Оно включает направленную вверх пусковую трубу, в нижней части которой имеется отверстие для подачи воздуха высокого давления, и снаряд, состоящий из двух камер высокого давления, одна из которых с обратным клапаном, а вторая камера с функцией задержки по времени, между ними установлен жиклер, и загрузочного отсека с материалом, поршнем и крышкой. Снаряд выстреливается через верхний конец пусковой трубы с помощью воздуха высокого давления. Материал выпускается из снаряда в определенное время после выстрела и образует облако на заданной высоте и необходимом расстоянии. Для этого снаряд содержит первую камеру высокого давления, куда первоначально поступает воздух во время стрельбы и впоследствии удерживается обратным клапаном. Вторая камера задержки по времени расположена между первой камерой и загрузочным отсеком. Между ними размещается поршневое устройство, которое служит для вытеснения разбрасываемого материала при повышении давления во второй камере. Дроссельное отверстие позволяет сжатому воздуху проходить из первой камеры высокого давления во вторую камеру за определенное время полета снаряда, необходимое для подготовки начала постановки аэрозольного облака. Признаками, общими с заявленным устройством, являются, помимо использования энергии сжатого воздуха для стрельбы и разбрасывания материалов в заданной точке пространства, наличие пусковой трубы, обеспечивающей снаряжение снаряда воздухом высокого давления и последующее направление движения снаряда после выстрела в расчетную точку пространства; наличие в снаряде обратного клапана, позволяющего создать запас энергии сжатого воздуха и сохранить его достаточным для производства разброса вещества через определенное расчетное время; наличие жиклера между камерами высокого давления и поршневого устройства для выброса материала.
К основным недостаткам известного устройства относятся ограниченная (до 100 м) дальность выброса материала и его масса; ограниченный запас энергии сжатого воздуха для выброса материала; протяженность аэрозольного облака по дистанции, вызванная временем перемещения выталкивающего поршня с материалом по загрузочному отсеку снаряда.
Технический результат заявленного изобретения состоит в повышении надежности и точности устройства за счет упрощения конструкции, в увеличении дальности заброса материала и его массы, сокращении времени выброса материала за счет повышения запаса энергии сжатого воздуха в камере высокого давления.
Указанный технический результат достигается в заявленном изобретении тем, что изобретение содержит, как и устройство-прототип, пусковую трубу, внутри которой проходит отверстие для подачи воздуха высокого давления, и устройство, состоящее из двух камер высокого давления, одна из которых с обратным клапаном, а вторая камера с функцией задержки по времени, между ними установлен жиклер, и загрузочного отсека с материалом, поршнем и крышкой, и, в отличие от устройства-прототипа, в предлагаемом изобретении к днищу корпуса камеры высокого давления с обратным клапаном жестко закреплен стабилизатор, между ними установлена мембрана, которая делит пусковую трубу на две части, в нижнюю часть подается воздух высокого давления, в ней установлен упор, обратный клапан перекрывает жиклер с помощью упора, а вторая камера задержки по времени отделена от загрузочного отсека мембраной задержки по времени.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид универсального устройства пневматической доставки в разрезе.
Заявленное изобретение содержит пусковую трубу 1, разделенную на две части мембраной 2, в нижней части 3 имеются отверстие 4 и упор 5. Мембрана жестко крепится между стабилизатором 6 и днищем корпуса первой камеры высокого давления 7. Внутри трубы расположена первая камера высокого давления 8 с обратным клапаном, к которой герметично крепится вторая камера высокого давления задержки по времени 9 и загрузочный отсек 10. Камеры высокого давления 8 и 9 выполнены в виде отрезка трубы. К нижней части первой камеры высокого давления 8 герметично с помощью уплотнения 11 присоединено дно 7, в центре которого имеется сквозное отверстие 12, переходящее в седло 13 обратного клапана. Внутри первой камеры высокого давления установлен обратный клапан, который состоит из затвора 14 с пружиной 15. На конце затвора установлена центрирующая втулка 16 с проточками для прохождения воздуха. Между первой 8 и второй 9 камерами высокого давления установлен жиклер 17. К верхней части второй камеры высокого давления 9 присоединен загрузочный отсек 10, между ними установлена мембрана задержки по времени 18 и поршень 19. В загрузочном отсеке 10 на поршень 19 уложен материал 20. Сверху загрузочный отсек 10 закрыт крышкой 21, причем с учетом требований уменьшения аэродинамического сопротивления он выполнен в форме конуса.
Работа предлагаемого изобретения осуществляется следующим образом.
В начальный момент упор 5 поджимает затвор 14 к жиклеру 17 и перекрывает его, при этом открывается проход воздуха в первую камеру 8 высокого давления с обратным клапаном 8 через отверстие 12 и седло 13, пружина 15 сжимается. Мембрана зажата между верхней 1 и нижней 2 частями пусковой трубы. Перед выстрелом к отверстию 4 нижней части пусковой трубы 3 от автономного источника поступает импульс воздуха высокого давления. По отверстию 4 воздух поступает под мембрану 2 и через отверстие 12, по проточкам центрирующей втулки 16, в первую камеру с обратным клапаном 8, где происходит его накопление.
При определенном значении давления воздуха происходит разрыв мембраны 2 и устройство начинает двигаться по пусковой трубе. Одновременно упор 5 освобождает затвор 14, который под действием пружины садится на седло 13 и перекрывает отверстие 12, освобождая жиклер 17 для прохода воздуха во вторую камеру задержки по времени 9.
При достижении предельного расчетного давления в камере задержки по времени 9 происходит разрыв мембраны задержки по времени 18 и поршень 19 выталкивает материал 20 вместе с крышкой 21 из загрузочного отсека 10.
Время перетекания воздуха из первой камеры с обратным клапаном 8 во вторую камеру задержки по времени 9 определяется диаметром жиклера 17 и подбором толщины и материала мембраны задержки по времени 18, что соответствует расчетной дальности выброса материала.
Изобретение было опробовано в лабораторных и полигонных условиях.
Примеры конкретного выполнения универсального устройства пневматической доставки
В процессе проведения теоретических и экспериментальных исследований разработанной конструкции универсального устройства пневматической доставки были определены его оптимальные параметры. Подобраны материалы и толщины мембран. На основе результатов испытаний был изготовлен работоспособный образец.
Как показывают результаты испытаний, проведенных на территории Лаборатории газовой динамики Санкт-Петербургского государственного университета, предложенное устройство позволяет повысить надежность по сравнению с прототипом за счет упрощения конструкции (изменение конструкции обратного клапана и использования мембран). Проведенные испытания устройства показали его высокую надежность - не хуже 98%. Из 50 опытных пусков универсального устройства пневматической доставки 49 из них дали положительный результат.
Изобретение, как показали результаты испытаний, позволило увеличить дальность заброса материала и его массу по сравнению с известными устройствами-аналогами примерно в 2-3 раза.
В таблице в качестве примера приведены значения дальности заброса материала вертикально вверх в зависимости от величины давления воздуха при выбросе.
Давление воздуха (атм)
30
40
50
60
Дальность (м)
173
230
288
337
Заявляемое изобретение позволяет также повысить точность выброса материала в заданной точке пространства, что особенно важно для проведения метеорологических исследований, путем создания аэрозольного образования и дальнейшего слежения за ним. Исходя из полученных результатов испытаний, можно утверждать, что разброс по дальности при выбросе материала из устройства не превышал 5%.
Заявляемое изобретение позволяет также сократить время выброса материала за счет повышения запаса энергии сжатого воздуха в камере высокого давления, который составляет 95-97% от давления воздуха при выстреле (ранее оно не превышало 50%).
Источники информации
1. Патент США №5553599 А от 10.09.96. Заявка №447823 от 23.05.95 г. МКИ F41B 4/00.
2. Патент США №5365913 А от 22.11.94. Заявка №9393158 от 20.07.93 г. МКИ F41B 4/00.
3. Патент США №5370033А от 06.12.94. Заявка №93129726 от 30.09.93 г. МКИ F41F 3/00.
4. Патент № WO 079/00658 от 06.09.79. Заявка №PCT/SE 79/00039 от 22.02.79 г. МКИ F42B 13/42 (прототип).