Стартовое устройство
LAUNCH DEVICE

Предлагаемое устройство относится к стартовым устройствам (катапультам) и может использоваться для запуска разнообразных объектов из стационарных и мобильных установок носителей различных классов (морских, авиационных, наземных).
Наиболее эффективно применение устройства в качестве запуска беспилотных летательных аппаратов.
Известно стартовое устройство (см. пат. РФ №1327441, МПК B64F 1/06, F15В 15/02, Кирпикин Ф.И., Кирпикин А.Ф., опубл. 27.12.1995 г.), в котором в качестве разгонного стартового механизма применяют эластичную гидрокамеру, охваченную прядями тяговых элементов, составленных из гибких и упругих нитей, соединенных без их отрыва с рамой и стартовой кареткой. Натяжением гибких и упругих нитей создают ускорение разгона стартовой каретки и установленного на ней запускаемого объекта.
Недостатком устройства является конструктивная сложность, незначительный разгонный путь, сложность хранения, транспортировки, установки и низкие технические характеристики.
Известно стартовое устройство с размещением беспилотного летательного аппарата (БПЛА) разведки и целеуказания типа KZO разработки немецкого концерна STN Ftlas (Справочное пособие «Беспилотные летательные аппараты», г. Воронеж, Научная книга, 2015 г., стр. 182-185).
Система старта, транспортирования и хранения БПЛА - контейнерная. Контейнер размещается на колесном автомобильном шасси. Старт БПЛА KZO осуществляется из наклонной контейнерной пусковой установки с помощью стартового ракетного двигателя (РД).
Схема запуска ракетных двигателей проточная (открыты передняя и задняя крышки контейнера пусковой установки).
Сложенное транспортное положение крыльев, а раскрытие консолей крыла БПЛА KZO (https://wikipedia.org/wiki/KZO) из сложенного транспортного положения в полетную конфигурацию осуществляется внутри контейнера пусковой установки до запуска стартового ракетного двигателя.
Данное устройство не позволяет разместить БПЛА с крылом большого удлинения в малогабаритном транспортно-пусковой контейнер (ТПК), что ограничивает его размещение на авиационном и морском носителе. Ограничивает также возможности оперативного выбора стартовой позиции.
Схема компоновки БПЛА в ТПК, являющимися многоразовыми, применение стартового ракетного двигателя, обладают коротким ресурсом эксплуатации и не обеспечивает скрытность запуска объекта.
Известна пусковая установка (см. патент RU №2714616, МПК В64С 39/02, В64С 3/38, В64С 3/56, Леонов А.Г., Зимин С.Н., Измалкин О.С., Асатуров С.М., опубл. 19.02.2020 г., Бюл. №5) для многоразового БПЛА в транспортно-пусковом контейнере.
БПЛА содержит стартово-разгонную ступень (СРС), которую отделяют после раскрытия и фиксации полетного положения оперения и корневых частей консолей крыла БПЛА. В транспортно-пусковом контейнере (ТПК) на внутренней цилиндрической поверхности корпуса установлены направляющие с опорными накладками. Выполнены с возможностью перемещения по ним БПЛА.
Размещение запускаемого объекта в малогабаритном ТПК с минимальными ограничениями по базированию позволяет оперативно использовать многоразовый БПЛА стратегического назначения на любых типовых авиационных, морских и наземных носителях.
Однако применение в ТПК направляющих для БПЛА может привести к механическому повреждению ТПК и БПЛА и не позволяет использовать БПЛА с другими массогабаритными характеристиками, что ограничивает функциональные возможности устройства. Применение в БПЛА стартово-разгонной ступени в виде реактивного двигателя существенно усложняет конструкцию запускаемого объекта, снижает долговечность устройства и не обеспечивает скрытность процесса запуска.
Наиболее близким из существующих по техническому решению является пусковое устройство (см. патент RU №2771300, МПК B64F 1/04, F41F 3/042, F41F 7/00, Сысоев С.Н., Черкасов Ю.В., Федин А.В., Федина М.А., опубл. 09.04.2022 г., Бюл. №13) для многоразовых беспилотных летательных аппаратов в транспортно-пусковом контейнере. Устройство содержит транспортно-пусковой контейнер с установленным в нем запускаемым объектом и разгонное устройство, выполненное в виде торообразного пневматического привода, охватывающего запускаемый объект. Разгон запускаемого объекта осуществляется силовым воздействием на него торообразной камеры. Применяется способ работы камерных приводов, использующий эффективную площадь для управления силовым воздействием (см. патент RU №286379 «Способ управления перемещением штока камерного привода» МПК B25J 13/00, F01В 19/00, F04В 43/00, Сысоев С.Н., опубл. 10.06.2016 г., Бюл. №16). В исходном положении, когда запускаемый объект симметрично обхватывается торообразной камерой, эффективная площадь торцевых поверхностей одинакова, независимо от величины давления в ней, и выталкивающая сила равна нулю. Как только объект начинает выходить из камеры, увеличивается эффективная площадь торцевых поверхностей со стороны запуска и соответственно выталкивающая сила.
Устройство устраняет возможности механических повреждений запускаемого объекта в процессе транспортировки и запуска, расширяет универсальность применения путем увеличения типов запускаемых объектов по массогабаритным характеристикам.
Однако применение запускаемых объектов с меньшими габаритными размерами уменьшает эффективность работы устройства. Это связано с тем, что величина разгонного пути определяется длиной запускаемого объекта, а тяговое усилие - его радиальным размером. При использовании максимально возможной величины давления рабочей среды в торообразной камере применение запускаемых объектов с меньшими габаритными размерами уменьшает эффективность работы устройства.
Задачей изобретения является повышение эффективности работы стартового устройства с расширенными типоразмерами запускаемого объекта.
Поставленная задача достигается тем, что в стартовом устройстве, включающим корпус транспортно-пускового контейнера с установленной в нем торообразной камерой разгонного устройства, охватывающей запускаемый объект, в корпусе контейнера установлена разгонная втулка, выполненная с возможностью охватывания наружной поверхности торообразной камеры в исходном положении запускаемого объекта.
В стартовом устройстве с целью регулировки тягового усилия разгонная втулка может быть выполнена в виде оболочки, образующей герметичную камеру, соединенную с линией давления питания рабочей среды.
Пример предлагаемого устройства представлен на чертежах, где показаны этапы подготовки (фиг. 1) и этапы работы стартового устройства (фиг. 2).
p
р
В стартовом устройстве (фиг. 1, а) телескопический контейнер выполнен из корпуса 1, на котором установлена подвижная направляющая 2. Внутри контейнера установлена торообразная герметичная гибкая нерастяжимая оболочка 3 привода разгонного устройства запускаемого объекта 4, образующая камеру, соединенную с источником питания воздухом. По оси устройства установлена тяга 5, с одной стороны намотанная на вал 6, с другой - закрепленная на оболочке 3. На корпусе 1 установлен фиксатор 7, выполненный с возможностью фиксации и расфиксации вала 6. Вал имеет возможность вращения. На внутренней поверхности контейнера в области торцевого края корпуса 1 контейнера в направлении, противоположном запуска установлена стартовая втулка 8, выполненная с возможностью взаимодействия с торообразной камерой в исходном положении запускаемого объекта. На внутренней поверхности корпуса контейнера установлена разгонная втулка 9, охватывающая наружную поверхность торообразной камеры в исходном положении запускаемого объекта. Разгонная втулка выполнена в виде оболочки, образующей герметичную камеру, соединенную с линией давления pпитания рабочей среды. В исходном положении р равно нулю.
0
p
Для установки запускаемого объекта 4 в контейнер (фиг. 1, б) в камере А создают давление воздуха р, величина которого достаточна для формирования торовой формы камеры. При этом, наружный диаметр торцевой поверхности со стороны пуска больше, чем с противоположной. Так как эффективная площадь левой торцевой поверхности камеры больше, чем правой, то камера выворачивается влево, вытягивая трос 5, занимая крайнее левое положение. Затем вводят запускаемый объект в камеру (фиг. 1, в). Так как давление p питания в камере разгонной втулки отсутствует, то она не препятствует процессу загрузки контейнера, так как не изменяет ее эффективную площадь. Установка запускаемого объекта может продолжаться намоткой троса 5 на вал 6 (фиг. 1, г). Конечное положение запускаемого объекта 4 достигается тогда, когда он будет полностью охвачен торообразной камерой 3 (фиг. 1, д).
1
Силовое взаимодействие оболочки 3 со стартовой втулкой 8 уменьшает наружный диаметр правой торцевой кольцевой поверхности камеры. Это приводит к возникновению силы F выталкивания камерой запускаемого объекта, который удерживается тягой, фиксатором 7 от поворота вала 6.
Устройство подготовлено к транспортировке. Величина давления воздуха в камере А может быть повышена в зависимости от условий внешних силовых воздействий возможных транспортных ускорений для предотвращения повреждений запускаемого объекта.
2
2
р
Для работы стартового устройства выдвигают подвижную направляющую 2, а в камере А повышают давление воздуха до давления р, позволяющего развить требуемое ускорение разгона запускаемого объекта (фиг. 2, а). При этом на запускаемый объект действует выталкивающая сила F, которая удерживается тягой, положение которой зафиксировано фиксатором 7. В камере Б разгонной втулки повышают давление рабочей среды до давления р, позволяющего создать тяговое усилие разгона в процессе движения запускаемого объекта в направлении запуска до момента его выхода из торообразной камеры.
2
При освобождении вала 6 фиксатором 7 под действием выталкивающей силы F торообразная камера начинает выворачиваться, перемещая запускаемый объект влево.
3
Увеличиваться эффективная площадь левой торцевой поверхности камеры за счет увеличения наружного диаметра, что увеличивает тяговое усилие до F (фиг. 2, б) разгонного привода.
4
Дальнейшее выворачивание торообразной камеры приводит к сжатию ее правой торцевой поверхности разгонной втулкой, что увеличивает величину тягового усилия F (фиг. 2, в).
5
Перемещение запускаемого объекта влево приводит к началу его выхода из торообразной камеры (фиг. 2, г), что увеличивает ее эффективную площадь и тяговое усилие F.
После выхода запускаемого объекта из камеры (фиг. 2, д) эффективная площадь камеры и соответственно тяговое усилие существенно уменьшается и становится равными нулю.
Таким образом, стартовое устройство позволяет эффективно работать с расширенными типоразмерами запускаемого объекта.
Универсальность устройства обеспечивается путем расширения типов запускаемых объектов по массогабаритным характеристикам.
Моделирование, макетирование, проведенные натурные исследования предлагаемого устройства подтвердили его работоспособность, эффективность и промышленную применимость.