Устройство комбинированного газового клапана дирижабля
DEVICE OF AIRSHIP COMBINED GAS VALVE

Изобретение относится к авиации, в частности к воздухоплаванию, а именно к устройству комбинированных газовых клапанов дирижабля.
Комбинированные газовые клапаны дирижабля используются для выпуска воздуха или несущего газа из оболочки как в автоматическом, так и в управляемом режиме. Такое объединение функций, реализованное в одной конструкции клапана, дает преимущества, уменьшая общее количество клапанов на дирижабле или аэростате. Поэтому комбинированные клапаны получили широкое распространение на всех типах дирижаблей и, главным образом, в мягких и полужестких. При необходимости, комбинированный клапан может быть трансформирован только в управляемый или только в автоматический. Для этого достаточно снять с него соответствующие детали.
Один из самых распространенных дефектов газовых клапанов в эксплуатации - снижение степени герметичности, что приводит к дополнительным потерям несущего газа из оболочки. Газовые клапаны дирижаблей имеют большие габаритные размеры и дефект снижения герметичности, главным образом, является следствием ударной посадки посадочного пояса тарелки клапана на седло корпуса. Из-за этого возникают условия для его микроотскока в момент касания, сопровождающегося микросмещениями и неплотным прилеганием.
Последнее время стали развиваться конструкции, у которых тарелке клапана придается совмещенное поступательное и вращательное движение, причем поступательное движение на закрытие клапана идет сначала с нарастанием скорости до максимума, а затем с убыванием до нуля или до определенного минимального значения. С началом поступательного движения клапана на закрытие одновременно нарастает скорость вращательного движения и она продолжает быстро расти до момента касания посадочного пояса клапана с седлом на его корпусе. Близкая к нулю поступательная скорость и максимальная окружная скорость в момент касания означает, что клапан в процессе рабочих циклов постоянно герметизируется, притираясь к седлу, и тем самым обеспечивается поддержание его необходимой герметичности.
Закон изменения скоростей при совмещенном поступательно-вращательном движении тарелки клапана легко обеспечивается отклонением конца продольного упругого элемента при его деформировании от вертикального положения. Однако возможны и другие варианты конструкций, обладающие своими существенными положительными качествами.
Известно устройство комбинированного газового клапана дирижабля (С.А. Лосик, И.А. Козлов. «Оборудование дирижаблей», М., ГИОП НКАП СССР, 1939, стр. 29, рис. 23б «Газовый клапан Гэметер 12» и стр. 29, рис. 23в «Конструктивная схема клапана Гуднир 18»), которое может открываться и закрываться автоматически под действием перепада давлений на тарелке клапана и принудительно посредством тросового управляемого привода.
Недостатком этих устройств комбинированных газовых клапанов является ударная посадка тарелки клапана на седло в момент закрытия проходного сечения, сложная приводная кинематика и большое количество деталей.
Известно устройство комбинированного клапана (Ю.С. Бойко. «Воздухоплавание в изобретениях», М., Транспорт, 1999, стр. 87, рис. 76. Авторское свидетельство СССР №497195), в котором для принудительного открытия клапана используется тросовой привод от электромеханизма, а автоматическое открытие осуществляется под действием перепада давления на тарелке клапана. При этом свободный участок троса между клапаном и электромеханизмом привода деформируется, не мешая отходу тарелки от седла в режиме автоматической работы.
Недостатком этого устройства комбинированного газового клапана также является ударная посадка тарелки клапана на седло в момент закрытия проходного сечения и большое количество деталей.
В качестве прототипа выбрано устройство комбинированного газового клапана дирижабля, приведенное в кн.: Ю.С. Бойко. «Воздухоплавание в изобретениях». М., Транспорт, 1999, стр. 87, рис. 76. Авторское свидетельство СССР №497195.
Задачей изобретения является создание устройства комбинированного газового клапана дирижабля с кинематикой, обеспечивающей совмещенное поступательное и вращательное возвратно-поступательное движение тарелки клапана.
Задача изобретения решается тем, что совмещенное поступательное и вращательное движение тарелки клапана реализуется с участием жестких качалок и цилиндрических пружин.
Технический результат характеризуется следующими существенными признаками.
С целью обеспечения совмещенного прямолинейного и вращательного возвратно-поступательного движения тарелки клапана он снабжен:
- не менее чем тремя жесткими качалками, расположенными по периметру круга вокруг центральной оси клапана под начальным углом не менее 3-х градусов между продольной осью качалки и вертикалью;
- жесткие качалки закреплены одним концом в шарнире с двумя степенями свободы, например, на поверхности тарелки клапана, а другим концом - в шарнире с тремя степенями свободы, например, на поверхности основания корпуса;
- степень свободы вертикального смещения качалки ограничена упругим элементом и регулировочным винтом момента начала открытия клапана;
- с целью обеспечения обратного хода тарелки клапана на закрытие качалки связаны с корпусом клапана регулируемыми пружинами.
На Фиг. 1 показан общий вид устройства комбинированного газового клапана в состоянии «Закрыт».
На Фиг. 2 показаны положение тарелки комбинированного газового клапана и его кинематики в состоянии «Открыт».
На Фиг. 3 показан вид на основание корпуса комбинированного газового клапана снизу.
На Фиг. 4 показан график изменения поступательной и окружной составляющей скорости клапана при его движении на закрытие.
Устройство комбинированного газового клапана дирижабля по Фиг. 1-4 включает в себя корпус (1), стойки корпуса (2), основание корпуса (3), тарелку клапана (4), качалки (5), пружины качалки (6), нижний шарнир качалки с тремя степенями свободы (7), упругий элемент нижнего шарнира (8), упор ограничения кругового движения (9), упор ограничения открытого положения клапана (10), посадочное место установки механизма управления открытием и закрытием клапана (11), регулировочный винт (12), верхний шарнир качалки с двумя степенями свободы (13).
Качалки (5) через нижний шарнир с тремя степенями свободы (7) связаны с основанием корпуса (3), а через верхний шарнир с двумя степенями свободы (13) с тарелкой клапана (4).
Регулируемые пружины качалки (6) одним концом связаны со стойками корпуса (2), а другим с качалками (5).
Устройство комбинированного газового клапана дирижабля работает следующим образом (Фиг. 1-4):
В момент достижения давления в оболочке выше давления настройки клапана, тарелка (4) отходит от посадочного седла корпуса (1), преодолевая усилие упругого элемента (8). Далее качалки (5), преодолевая усилие пружин (6), отклоняются от исходного положения в сторону и вниз так, что центры шарниров (7) и (13) качалок (5) все время остаются на поверхности воображаемого цилиндра, описанного вокруг них. Тем самым тарелке клапана (4) задается совмещенное поступательно-вращательное движение.
Шарниры (7) и (13) устраняют усилия скручивания качалок (5) при их движении. При этом момент начала открытия клапана можно регулировать винтом (12), изменяющим начальные усилия в упругом элементе (8).
После выпуска из оболочки дирижабля некоторого количества газа давление в ней снижается настолько, что на площади тарелки клапана (4) возникает сила, направленная в сторону закрытия клапана. Под действием силы от перепада давления и усилий пружин (6), воздействующих на качалки (5), тарелка клапана (4) начинает двигаться по траектории совмещенного поступательно-вращательного движения к посадочному седлу на корпусе (1). График изменения поступательной и окружной составляющих скоростей тарелки клапана (4) соответствует виду Фиг. 4.
В результате посадочный пояс тарелки клапана (4) касается седла на корпусе (1) с поступательной скоростью, близкой к нулю, и с максимальной окружной скоростью, с которой он входит в касательное торможение, т.е. герметизируется и, одновременно, притирается, обеспечивая равномерное прилегание сопрягаемых поверхностей. Повторение описанной операции при каждом срабатывании клапана на закрытие сохраняет герметичность клапана в течении всего срока его эксплуатации.
Изменение скоростей закрытия клапана осуществляется подбором начальных усилий пружин (6) при помощи регулировочных винтов.
Аналогично описанный процесс происходит при управляемом открытии или закрытии тарелки клапана (4) от встроенного механизма, который закрепляется по месту установки (11).
Однако в этом случае момент открытия клапана и скорости его движения определяются характеристикой механизма управления.
Предложенное устройство комбинированного газового клапана дирижабля позволило получить конструкцию, в которой совмещенное поступательно-вращательное движение тарелки клапана (4) получено путем использования жестких качалок (5) с отдельными пружинами (6), и обеспечить возможность раздельного регулирования момента открытия клапана и скоростей его движения.