УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАБРОСА ТУШЕК ПТИЦ И ДРУГИХ ПРЕДМЕТОВ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
THROWER OF BIRD CARCASSES AND OTHER SUBJECTS AT AIRCRAFT TESTS

Изобретение относится к области авиастроения и безопасности полетов и может быть использовано при проведении испытаний летательных аппаратов на попадание посторонних предметов в газотурбинный двигатель и проведении исследований динамической прочности элементов конструкции летательного аппарата при столкновении с птицей, а также для подтверждения соответствия конструкции летательного аппарата требованиям сертификационного базиса самолета, в частности требованиям FAR-25.
Для придания имитатору птицы или предмета заданной скорости при моделировании столкновения летательного аппарата с птицей или посторонним предметом в условиях полета используются пневматические устройства или пушки различных конструкций.
3
Известно устройство в виде пневматической пушки, предназначенное для испытания на удар конструкций летательных аппаратов тушками птиц массой до 3,6 кг. Устройство состоит из гладкого ствола, который направляет упакованную в обойме тушку птицы в направлении испытуемого изделия. Разгон имитатора (тушки птицы) осуществляется путем расширения воздуха в стволе. Воздух подается из резервуара сжатого газа. В конце ствола установлен съемник обоймы, предназначенный для остановки или отклонения гильзы, чтобы обеспечить удар об испытуемое изделие только имитатором. Устройство также содержит механизм расцепления, включающий в себя пусковой соленоид, прорывную диафрагму и нож. После включения цикла выстрела механизм расцепления с помощью ножа прорывает диафрагму и дает возможность сжатому газу из резервуара быстро затечь в ствол и вытолкнуть снаряд (обойму с упакованной тушкой птицы). Длина ствола таких устройств составляет от 9 до 18 метров. Объем расходного резервуара не менее 0,850 м. Допускаемое рабочее давление сжатого газа до 1,7 МПа. Такие устройства позволяют выталкивать тушку птицы массой до 3,6 кг со скоростью до 330 м/с (ASTM, «Стандартный метод испытания стекол кабины самолета на удар тушками птиц», F330-89 (повторно утверждено 2004 г.), стр.2-4).
Недостатками указанного технического решения является использование одноразовой прорывной диафрагмы в качестве спускового механизма и одноразового съемника обоймы, что требует значительного времени на подготовку к выстрелу.
Известно также устройство в виде пневматической пушки, предназначенное для испытания на удар конструкций летательных аппаратов тушками птиц массой до 3,6 кг со скоростью до 420 м/сек (патент РФ №2452931, опубл. 10.06.2012). Скорость заброса до 420 м/сек подтверждена экспериментально.
Устройство состоит из гладкого ствола, который направляет гильзу (обойму), снаряженную тушкой птицы, в направлении испытуемого изделия, ресивера с предохранительным клапаном, затвора, который расположен со стороны казенной части ствола и содержит встроенный быстродействующий клапан в виде поршня с центральным отверстием. Корпус затвора снабжен пневматическим бесконтактным спусковым механизмом и предохранителем выстрела с механизмом закрытия ресивера до и после выстрела.
Для достижения высокой скорости заброса тушек птиц применен специальный быстродействующий клапан, предназначенный для подачи сжатого воздуха из ресивера в ствол, позволяющий также производить закладку гильзы, снаряженную зарядом в ствол со стороны затвора. Применение пневматического спускового механизма, не имеющего механического контакта с элементами быстродействующего клапана, повышает надежность работы клапана. Размещение ресивера непосредственно на стволе позволяет увеличить скорость подачи сжатого воздуха в ствол и обеспечивает компактность устройства.
Основным недостатком известного устройства, в связи с особенностями конструкции быстродействующего клапана, является нестабильная стрельба на скоростях менее 100 м/с, выражающаяся в невозможности точного прогнозирования скорости заброса тушки птицы или постороннего предмета перед выстрелом.
Задача изобретения заключается в расширении диапазона стабильной стрельбы, что позволит производить заброс имитатора (тушек птиц, града, льда и т.п.) со стабильной скоростью и снизить стоимость испытаний.
Технический результат заключается в обеспечении стабильной скорости заброса в диапазоне 20-80 м/с вне зависимости от веса имитатора.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для заброса птиц и других предметов при испытаниях летательных аппаратов, содержащем ресивер, закрепленный на лафете, установленный внутри ресивера ствол с возможностью пневматического соединения его входной части с ресивером, затвор с накидной гайкой и клапаном в виде поршня, установленный со стороны казенной части ствола, и узел, обеспечивающий пневматическое соединение ресивера со стволом, согласно изобретению затвор снабжен упорным диском и переходником, установленными между накидной гайкой и клапаном затвора и фиксирующими последний от осевого перемещения в положении, пневматически разъединяющем ствол и ресивер. Упорный диск и переходник снабжены отверстиями. Узел, обеспечивающий пневматическое соединение ресивера со стволом, выполнен в виде управляемого клапана, патрубка с фланцем и мерной шайбы. Вход управляемого клапана пневматически связан с ресивером, а выход с патрубком, фланец которого прикреплен к переходнику с образованием пневматического канала, соединяющего выход управляемого клапана с входной частью ствола, а мерная шайба размещена в указанном пневматическом канале.
В частном случае осуществления изобретения мерная шайба может быть установлена между фланцем и переходником, а управляемый клапан может быть выполнен нормально закрытым и снабжен электромагнитным приводом.
В другом частном случае осуществления изобретения патрубок выполняется из металлорукава, рассчитанного на давление до 10 МПа.
Совокупность признаков заявленного изобретения обеспечивает получение заявленного технического результата, поскольку:
- снабжение затвора упорным диском, переходником с отверстием, установленными между накидной гайкой и клапаном затвора, позволяет зафиксировать клапан затвора от осевого перемещения в положении, пневматически разъединяющем ствол и ресивер, что исключает влияние поршня клапана на поступление сжатого воздуха из ресивера к входной части канала. Расход воздуха не зависит от гидравлических свойств пневматического канала, формирующегося при перемещении поршня клапана;
- выполнение узла, обеспечивающего пневматическое соединение ресивера со стволом в виде управляемого клапана, патрубка с фланцем и мерной шайбы, обеспечивает образование пневматического канала, соединяющего выход ресивера с входной частью ствола, а размещение мерной шайбы в указанном пневматическом канале обеспечивает дозированную подачу сжатого воздуха во входную часть ствола;
- дополнение существующего устройства для заброса указанными элементами обеспечивает расширение диапазона стабильной стрельбы и позволяет использовать одно устройство для проведения широкого спектра испытаний, что снижает стоимость испытаний в целом.
Таким образом, поставленная задача с учетом перечисленных признаков является полностью решенной.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен фронтальный вид устройства, на фиг.2 - вид устройства со стороны затвора, на фиг.3 - затвор устройства в разрезе, а на фиг.4 - график зависимости скорости заброса имитатора от давления сжатого воздуха.
Устройство содержит пневмопушку, состоящую из ствола 1, ресивера 2 с предохранительным клапаном (не показан), затвора 3, лафета 4, блока управления, баллонной рампы сжатого газа (не показаны). Ствол 1 расположен внутри ресивера 2. Ресивер 2 закреплен на лафете 4.
Управляемый клапан 5 размещен в «разрыве» гибкого патрубка 6, соединяющего ресивер 2 с входной частью ствола 1, и размещен со стороны затвора 3. Клапан 5 выполнен нормально закрытым и снабжен электромагнитным приводом. Для удобства обслуживания и правильного расположения участков гибкого патрубка 6 клапан 5 установлен и закреплен на подставке 18 (фиг.2).
Гибкий патрубок 16 выполняется из металлорукава, рассчитанного на давление до 10 МПа.
Затвор 3, расположенный со стороны казенной части ствола 1, содержит клапан в виде поршня 7 с центральным отверстием. Поршень 7 зафиксирован в положении, герметично перекрывающем входное отверстие ствола 1 от давления газа в ресивере 2 при помощи упорного диска 16 и переходника 8 с центральным отверстием, зафиксированных от осевого перемещения накидной гайкой 9.
Упорный диск 16 с центральным отверстием введен в конструкцию для удобства демонтажа переходника 8. Демонтаж может быть осуществлен при помощи болтов, установленных в резьбовые отверстия переходника 8, которыми последний отжимается и вынимается из ствола 1.
Герметичность поршня 7 клапана, переходника 8 и входного отверстия ствола 1 обеспечивается резиновыми кольцами 10, 11, 12, 13 круглого сечения. Гибкий патрубок 6 крепится к переходнику 8 при помощи фланца 14. Герметичность соединения обеспечивается прокладкой 15, например из паронита. Между переходником 8 и фланцем 14 патрубка 6 установлена мерная шайба 19 с расчетным диаметром отверстия, нормирующая скорость и расход воздуха, поступающего в ствол 1 пневмопушки.
В стволе 1 размещается снаряженная гильза 17. Ствол 1 снабжен ловителем (например, инерционным тормозным устройством, на фиг.1 не показан) гильзы 17, обеспечивающим ее торможение на выходе из ствола 1. Гильза 17 снаряжается зарядом-имитатором: тушкой птицы, подготовленными градинами, кусками льда и т.п., в зависимости от цели проводимых испытаний.
Давление воздуха в ресивере 2, проходное сечение гибкого патрубка 6 и диаметр отверстия мерной шайбы 19 рассчитаны таким образом, чтобы за время открытия клапана 5 снаряженная гильза 17 набирала в стволе 1 необходимую скорость.
Устройство работает следующим образом. Для закладки подготовленной гильзы 17 откручивается гайка 9, вынимается переходник 8 с прикрепленным фланцем 14, а также упорный диск 16. После этого снаряженная гильза 17 закладывается в ствол 1 устройства, вставляется упорный диск 16, переходник 8 с закрепленными мерной шайбой 19 и фланцем 14 патрубка 6. Все элементы фиксируются от осевого перемещения гайкой 9. Затем из баллонной рампы (не показано) в ресивер 2 подается сжатый газ (воздух) под расчетным давлением. Устройство готово к забросу заряда.
Включается световая и звуковая предупредительная сигнализация, включаются приборы замера скорости, аппаратура видеосъемки.
Оператор нажатием кнопки на блоке управления (не показан) подает сигнал на электромагнитный привод клапана 5, клапан 5 открывается, и воздух под давлением подается из ресивера 2 по гибкому патрубку 6 в полость затвора 3. Под действием давления снаряженная гильза 17 начинает разгоняться в стволе 1. На выходе из ствола 1 гильза 17 останавливается в ловителе, а заряд (имитатор) движется до объекта испытания.
Испытания предложенного устройства показали, что устройство полностью соответствует требованиям FAR 25 при сертификационных испытаниях летательных аппаратов на попадание предметами массой от 100 граммов до 3,6 кг.
В процессе эксперимента установлено, что применение мерной шайбы 19 позволяет снизить зависимость скорости заряда (имитатора) от его массы. Причем в диапазоне скоростей полета заряда от 20 до 60 м/сек выявлено отсутствие зависимости скорости заряда от его массы, а в диапазоне от 60 до 80 м/сек наблюдается практически незначимое влияние массы заряда на его скорость (см. фиг.4).
Стабильная скорость заброса имитатора исключает необходимость пристрелочных выстрелов, что сокращает время проведения испытаний и позволяет в целом снизить их стоимость.
Таким образом, предложенное устройство позволяет расширить диапазон стабильной стрельбы существующей пневмопушки, обеспечить стабильную скорость заброса имитатора (тушек птиц, града, льда и т.п.) в диапазоне от 20 до 80 м/сек вне зависимости от его веса и снизить стоимость испытаний.