Устройство охлаждения бортовой аппаратуры управляемого летательного аппарата одноразового применения

Полезная модель относится к области самолетостроения, в частности к системам охлаждения, обеспечивающим термостабилизацию радиоэлектронной аппаратуры, установленной на летательном аппарате одноразового применения.
Из уровня техники известна система охлаждения аппаратуры, например, радиоэлектронной, на летательном аппарате (патент SU 312113, опубликовано 27.02.2006), содержащая замкнутый контур, заполненный охлаждающей диэлектрической жидкостью, и включенные в этот контур ресивер, насос с перепускным клапаном, теплообменное устройство и приводные заслонки, управляемые по сигналам датчиков температуры и термореле, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности работы системы, в замкнутом контуре установлен топливо-жидкостной радиатор, параллельно которому подключен обводной трубопровод, в который включена одна из заслонок, а другая включена в замкнутый контур после радиатора. Система предназначена для относительно длительной непрерывной работы и довольно высокой точностью поддержания температуры, однако имеет большие масса габаритные характеристики и требует проведения предполетной подготовки, что является большим недостатком для летательного аппарата одноразового применения.
Известна система охлаждения бортовой аппаратуры подвесных авиационных оптико-электронных контейнеров (патенту США №4869071 от 26.09.1989 г.). Данная система включает контур циркуляции забортного воздуха, охладитель воздуха (или теплообменник), воздухозаборник, влагоотделитель, откачивающий и нагнетающий воздуховоды, элементы конструкции системы охлаждения, такие как воздушная заслонка (или клапан), устройства контроля температуры внутри корпуса контейнера, устройства контроля высоты и скорости полета (или средства определения параметров полета), блок управления системой охлаждения (или диспетчер), температурные датчики, вентилятор и клапан выброса (или разгрузочный вентиль). При этом охладитель воздуха расположен в контуре циркуляции, а вентилятор размещен между охладителем воздуха и откачивающим воздуховодом и предназначен для нагнетания выходящего воздуха из корпуса контейнера. Источником сжатого воздуха, циркулирующего в воздушном контуре данной системы, является внешний атмосферный воздух, который поступает в контур циркуляции за счет скоростного напора при полете носителя. Система производит контроль температуры внутри корпуса контейнера, высоты и скорости полета по показаниям средств определения параметров полета. Создание одинаковых температурных режимов тепловой нагрузки обеспечивается разделением зоны траектории полета на три диапазона эксплуатационных режимов. Необходимые параметры воздушного потока, поступающего к охладителю воздуха в зависимости от диапазона эксплуатационного режима, обеспечиваются управлением элементами системы охлаждения, такими как воздушная заслонка (клапан), расположенная в воздухозаборнике, вентилятор и клапан выброса (разгрузочный вентиль), путем удаления излишнего воздуха из воздушного контура. Влагоотделитель в контуре циркуляции воздуха предназначен для снижения влажности внешнего атмосферного воздуха. В данном решении роль несущей конструкции выполняет сам подвесной авиационный оптико-электронный контейнер. К недостаткам следует отнести использование для обдува электронной аппаратуры внешнего атмосферного воздуха, который отрицательно влияет на работоспособность и надежность встроенной бортовой аппаратуры и наличие в воздушном контуре влагоотделителя и теплообменника, что создает дополнительное аэродинамическое сопротивление потоку в контуре и требует установки мощного вентилятора, который потребляет большое количество электроэнергии.
С точки зрения разработки летательного аппарата одноразового применения, предназначенного для доставки боеприпаса к цели и разрушающегося вместе с ней, эти устройства и системы имеют следующие недостатки:
необходимость проведения регулярных регламентных работ с дозаправкой хладагента;
относительно высокое потребление электроэнергии;
относительно высокая стоимость таких устройств, содержащих большое количество разнородных сложных элементов и деталей.
Для летательного аппарата одноразового применения, предназначенного для доставки боеприпаса к цели и разрушающегося вместе с ней, предлагается с целью повышения надежности, уменьшения объема  регламентных работ (вплоть до их полной ликвидации), снижения веса и стоимости, выполнять систему охлаждения бортовой аппаратуры (системы управления, навигации, радиосвязи) в виде нескольких герметически закрытых баллонов с хладагентом (например, углекислотой) и пиротехнического механизма, поочередно разгерметизирующего  баллоны при подаче датчиком  температуры сигнала о достижении температуры  в отсеке с аппаратурой заданного максимально допустимого значения. Причем количество хладагента, полностью выбрасываемого из одного баллона, конструктивно, рассчитано так, чтобы температура в отсеке не снижалась ниже допустимой (например -50°С). При последующем повышении температуры датчик температуры подает сигнал на пиропатрон следующий баллон и т.д. в течение всего полета ЛА. При этом температура колеблется в допустимых пределах (обычно в пределах ±50°С).
Целью данной полезной модели является создание легкого по конструкции, не требующего предполетной подготовки, дешевого в производстве устройства для охлаждения бортовой аппаратуры, потребляющего минимальное количество бортового питания.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в уменьшении массогабаритных и энергозатратных характеристик системы охлаждения бортовой аппаратуры летательного аппарата.
Указанный технический результат достигается в устройстве охлаждения бортовой аппаратуры управляемого летательного аппарата одноразового применения содержащем каркас с блоком управления и датчиком температуры, на каркасе жестко закреплены по меньшей мере два баллона с хладагентом, при этом количество выходов блока управления соответствует количеству баллонов с хладагентом, каждый баллон с хладагентом герметично закрыт при помощи пробки и содержит сифонную трубку для выпуска хладагента, вплотную к пробке на баллоне закреплен корпус пиропатрона, содержащий взрывчатое вещество, провода электрозапала, ударный боек с лезвием и элемент накала, вход блока управления соединен с выходом датчика температуры, а провода электрозапала каждого баллона с хладагентом соединены с соответствующим выходом блока управления.
Данная конструкция устройства для охлаждения бортовой аппаратуры проста в производстве, не требует предполетной подготовки, потребляет небольшое количество бортового питания и имеет относительно небольшие массогабаритные характеристики.
Техническая сущность предполагаемой полезной модели поясняется графическими изображениями. На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства для охлаждения. На фиг.2 изображен вид баллона с хладагентом и пиропатроном в сечении. Устройство для охлаждения бортовой аппаратуры содержит датчик температуры 1, блок управления 2, баллон с хладагентом 3, корпус баллона с хладагентом 4, пробка 5, корпус пиропатрона 6, ударный боек с лезвием 7, взрывчатое вещество 8, провода электрозапала 9, крепление пиропатрона 10, сифонная трубка 11, хладагентом 12.
В предпочтительном варианте исполнения полезная модель осуществляется следующим образом.
Каркас представляет из себя конструкцию, изготовленную из легкого сплава металла, либо другого легкого материала. Баллоны с хладагентом 3 могут быть жестко закреплены на каркасе при помощи хомутов, либо при помощи болтового соединения. На расстоянии от сифонной трубки каркас содержит датчик температуры, 1 выдающий сигнал в виде напряжения постоянного тока при превышении температуры в отсеке с аппаратурой выше допустимой. Датчик температуры 1 своим входом подключается к системе бортового питания и может быть выполнен в виде биметаллической пластины, изгибающейся при изменении температуры, тем самым замыкая или размыкая закрепленные на ней контакты. Также может быть использована схема с термосопротивлением, расположенным в охлаждаемом отсеке и триггером Шмидта. Величины сопротивлений электрического моста и порог срабатывания триггера Шмидта подбираются таким образом, чтобы триггер Шмидта скачком увеличивал напряжение на своем выходе при температуре термосопротивления, равной предельно допустимой для охлаждаемого отсека с аппаратурой.
Блок управления 2 представляет из себя логическое устройство, позволяющее по полученной от датчиков температуры замыкать контакты на необходимом выходе, тем самым подавая сигнал на пиропатрон баллона с хладагентом, Блок управления 2 выполняет следующие функции:
принимает от датчика температуры 1 сигналы о превышении температуры в отсеке с аппаратурой выше допустимой;
включает электрическое напряжение на 1-й выход, соединенный с проводами электрозапала 10 пиропатрона 1-го баллона с хладагентом 3;
подготавливает цепь включения последующего пиропатрона.
Так же блок управления 2 содержит счетчик, который отсчитывает время, необходимое для оценки начала охлаждения отсека. Если по истечении этого времени температура не начнет снижаться (например, из-за несрабатывания 1-го пиропатрона), то датчик температуры 1 не отключит сигнал и блок управления 2 подает сигнал на включение 2-го пиропатрона, если же температура начала снижаться, т.е. датчик температуры 1 отключил сигнал превышения температуры в отсеке, счетчик ожидает следующего подъема температуры и при получении нового сигнала от датчика температуры 1 блок управления 2 подает напряжение на 2-й пиропатрон и т.д.
Блок управления 2 содержит количество выходов равное количеству баллонов с хладагентом 3, на каждом баллоне с хладагентом 3 установлен пиропатрон, провода электрозапала 9 пиропатрона соединены с соответствующим выходом блока управления 2. Например, устройство для охлаждения бортовой аппаратуры содержит 2 баллона с хладагентом 3, соответственно блок управления 2 содержит два выхода. Первый выход блока управления 2 соединен с проводами электрозапала 9 первого баллона с хладагентом 3, а второй выход блока управления 2 соединен с проводами электрозапала 9 второго баллона с хладагентом 3. В момент, когда датчик температуры 1 подает сигнал о превышении температуры в отсеке с бортовой аппаратурой на вход блока управления 2, в нем замыкаются контакты первого выхода и подается электричество на пиропатрон первого баллона с хладагентом 3, в это время в блока управления 2 срабатывает счетчик, настроенный на время равное времени опустошения баллона. Корпус пиропатрона 6, закреплен вплотную с медной пробкой 5 на корпусе баллона с хладагентом 4 при помощи крепления 10. Провода электрозапала 9 соединены в корпусе пиропатрона 6 в части со взрывчатом веществом 8 элементом накала. Элемент накала раскаляется и взрывчатое вещество 8 взрывается и превращается в раскаленный газ, под давлением которого ударный боек с лезвием 7, перемещаясь, срезает конец медной пробки 5, открывая выход хладагенту 12, который под давлением выбрасывается из баллона 3 в охлаждаемый отсек. Время задержки замыкания контактов первого выхода блока управления 2 определяется временем работы счетчика, после этого контакты первого выхода размыкаются. Если по каким-то причинам, за время работы счетчика температура в отсеке не понизилась (например, не сработал пиропатрон первого баллона с хладагентом) и датчик температуры по-прежнему подает сигнал, то замыкаются контакты на втором выходе блока управления, повторяя процедуру, описанную выше.
В качестве хладагентом может использоваться углекислота либо другое вещество, позволяющее охладить аппарату не нанося ей вреда.
Таким образом, данное устройство охлаждения бортовой аппаратуры одноразового летательного аппарата позволяет снизить массу и потреблении бортового питания системой охлаждения, при ее надежном срабатывании.