Пневматическая катапульта с компенсирующим тормозным устройством

Заявленное техническое решение относится к области авиационной техники, конкретно к стартовым пусковым установкам летательных аппаратов (далее - ЛА) и предназначена для взлета ЛА в полевых условиях.
Известные устройства для запуска ЛА характеризуются следующим образом. Они содержат разгонную тележку, на которую в стартовом положении устанавливается летательный аппарат. Разгонная тележка перемещается по направляющей, ускорение ее осуществляется силовым разгонным приводом. По окончании разгона разгонная тележка останавливается с помощью тормозного устройства.
Известна катапульта с гидравлическим силовым приводом (см. патент GB №480692, B64F 1/06 от 25.02.1938). В ней поршень силового разгонного привода с обеих сторон через направляющие ролики соединяется через разгонный и тормозной тросы с разгонной тележкой. Поршень через разгонный трос передает на тележку разгонное усилие, а через тормозной трос в конце разгона тормозит движущиеся части катапульты (в их числе тросы, направляющие ролики и разгонная тележка). Недостатком известного устройства является сложность тормозного устройства и передача тормозного импульса на опорную поверхность через узлы катапульты: тормозной трос и заднюю опору. Малая длина участка торможения приводит к большим перегрузкам, вызывающим сильный износ этих узлов. Ударный характер процесса торможения снижают надежность и рабочий ресурс катапульты в целом.
Для взлета малоразмерных и легких ЛА массой свыше 10 кг чаще всего используют пусковые установки с пневматическим силовым разгонным приводом. Тормозное устройство может использовать пневматический тормоз (см. патент RU №66733, B64F 1/06, от 05.04.2007 г.), пружинные или эластичные буферные элементы (см. патент RU №23731 17, B64F 1/06, от 16.05.2008 г.). Все они снабжены односторонними устройствами торможения, которые после схода ЛА с направляющей гасят накопленный механический импульс движущейся массы узлов катапульты путем передачи его через опоры катапульты на опорную поверхность. Возникающие при этом ударные нагрузки требуют конструктивного усиления деталей катапульты, ухудшают массогабаритные характеристики устройства, снижают надежность и рабочий ресурс катапульты.
Наиболее близкой к предлагаемой является катапульта для взлета летательного аппарата (см. патент RU №2497725, B64F 1/06, от 05.06.2012 г.), содержащая направляющую, разгонную тележку, соединенную тросом с пневматическим разгонным устройством и тормозное устройство. В процессе торможения тормозной импульс от тележки и поршня передается через тормозные элементы из эластичного материала на опорную поверхность через опоры катапульты. Недостатком этого устройства являются высокие тормозные ударные нагрузки, воздействующие на трос и опоры катапульты, что ухудшает ее надежность и рабочий ресурс, необходимость их конструктивного усиления приводит к ухудшению массогабаритных характеристик.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является снижение ударных нагрузок на узлы устройства, повышении надежности, рабочего ресурса и удобства использования катапульты.
Данная задача решается за счет того, что катапульта для взлета летательного аппарата, содержащая направляющую, разгонную тележку, соединенную силовым тросом с пневматическим разгонным приводом, и тормозное устройство, отличается тем, что пневматический разгонный привод снабжен дополнительным клапаном сброса давления, масса движущихся по направлению взлета летательного аппарата частей катапульты и масса частей, двигающихся в обратном направлении, уравнена с помощью балластного груза, установленного в поршне силового разгонного привода, а тормозное устройство выполнено в виде идентичных конструктивно жестко связанных пружинных тормозных узлов, один из которых установлен в конце направляющей и принимает тормозной импульс от разгонной тележки, а другой, установленный в конце силового привода, одновременно принимает противоположно направленный тормозной импульс от поршня.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является снижение ударных нагрузок на узлы устройства, повышение надежности, рабочего ресурса и удобства использования катапульты. Для получения указанного технического результата подбором соответствующего расстояния по силовому тросу между тележкой и поршнем катапульты обеспечивается одновременная их встреча с жестко связанными тормозными устройствами. При этом в процессе торможения осуществляется компенсация импульсов движущихся в противоположных направлениях масс узлов катапульты, разгружающая силовой трос и опору катапульты, а благодаря пружинным свойствам тормозных узлов часть механической энергии возвращается тележке и поршню для их отката в направлении исходного состояния.
Предлагаемая катапульта работает следующим образом. На фиг. 1 схематично показан начальный этап ускорения разгонной тележки (1), установленной на направляющей (2). Предварительно рабочая камера пневматического разгонного привода (3) через клапан впуска (11) по управляющему сигналу контроллера (15) соединяется с источником сжатого воздуха. Пневматическое давление воздействует на поршень (8), в котором установлен балластный груз (9). Полость разгонного привода с обратной стороны поршня соединена с атмосферой через вентиляционные (13) и дренажные (14) отверстия. Возникающее при этом на поршне усилие через силовой трос (7), проложенный в направляющих роликах (10) передается на разгонную тележку. Происходит разнонаправленное ускоренное движение тележки и поршня, которые в конце разгона одновременно подходят к тормозным блокам (4а) и (4б). Тормозных блоков может быть и более, чем два, необходимым условием для реализации предложенного устройства является идентичность механических характеристик тормозных узлов, взаимодействующих в процессе торможения с тележкой и поршнем. В предложенной на фиг. 1 конструкции тормозных блоков механический импульс движущихся частей катапульты поглощается возвратной пружиной сжатия (5) и эластичным демпфирующим элементом (6). Силовой трос при этом пропущен через центр тормозного блока (4б). После соприкосновения разгонной тележки с тормозным блоком летательный аппарат (на фиг. 1 не показан) сходит с тележки и начинает подъем. Продолжая свое движение, на тормозные блоки давят одинаковые массы, сосредоточенные в тележке, с одной стороны, и в поршне с балластным грузом, с другой. Равные и противоположно направленные механические импульсы компенсируют друг друга через массивную и прочную конструкцию направляющей и разгонного привода. Как силовой трос, так и опоры катапульты освобождаются при этом от ударных нагрузок. Для исключения в этот момент пневматического воздействия сжатого воздуха на поршень в корпусе разгонного привода устроены дренажные отверстия (14), которые соединяют рабочую полость с атмосферой после того, как поршень подходит к тормозному блоку. Контроллер при этом закрывает клапан впуска, отсекая, таким образом, источник давления и открывает клапан сброса остаточного давления в атмосферу. Механический импульс разогнанных масс вначале сжимает возвратную пружину, а затем и эластичный демпфирующий элемент. После остановки тележки и поршня энергия сжатых пружин приводит их в обратное движение, направленное к исходному состоянию катапульты. Для того чтобы в рабочей полости не создавалось противодействующее давление, контроллер держит клапан сброса (12) в открытом состоянии на все время возврата устройства в исходное состояние.