СПОСОБ СБРОСА ПОЛЕЗНОЙ НАГРУЗКИ С ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
METHOD OF DROPPING PAYLOAD FROM AIRCRAFT

Изобретение относится к оборудованию летательных аппаратов для сбрасывания, катапультирования и отцепления предметов в полете.
Известен способ сброса полезной нагрузки с летательного аппарата, изложенный в патенте РФ №2160215, принятый за прототип, заключающийся в установке и закреплении на летательном аппарате, вдоль его фюзеляжа, продольного транспортно-пускового контейнера, снабженного окном для выхода полезной нагрузки в противоположном полету направлении и направляющими, установленными в его полости, размещении полезной нагрузки на направляющих с образованием герметичной пневмокамеры в передней части его полости, креплении полезной нагрузки к транспортно-пусковому контейнеру посредством устройства стыковки и разделения, доставке полезной нагрузки к точке сброса с выполнением маневра для достижения вертикальной перегрузки, близкой к нулю, и подаче струи газа из источника высокого давления в пневмокамеру с последующими расстыковкой крепления и разгоном полезной нагрузки по направляющим. При малом времени сброса груза маневр летательного аппарата для достижения вертикальной перегрузки, близкой к нулю, может не выполняться.
Существенными признаками предлагаемого способа, совпадающими с признаками прототипа, являются следующие: способ сброса полезной нагрузки с летательного аппарата, заключающийся в установке и закреплении на летательном аппарате, вдоль его фюзеляжа, продольного транспортно-пускового контейнера, снабженного окном для выхода полезной нагрузки в противоположном полету направлении и направляющими, установленными в его полости, размещении полезной нагрузки на направляющих с образованием пневмокамеры в передней части его полости, креплении полезной нагрузки к транспортно-пусковому контейнеру устройством крепления, выполненным с возможностью расфиксации крепления, подлета летательного аппарата к точке сброса полезной нагрузки с последующими подачей струи газа из источника высокого давления в пневмокамеру и расфиксацией крепления полезной нагрузки.
При сбросе полезной нагрузки известным способом по мере ее разгона по направляющим пропорционально увеличению скорости увеличивается надуваемый газом объем пневмокамеры, что приводит к падению давления в ней, соответственно, и уменьшению силы выталкивания и ускорения полезной нагрузки, ограничивает возможности по дальнейшему уменьшению времени сброса груза для уменьшения аэродинамических нагрузок на летательный аппарат при сбросе, что особенно существенно при трансзвуковых и сверхзвуковых скоростях полета. Время сброса можно уменьшить путем увеличения начального давления в пневмокамере контейнера по принципу работы огнестрельного оружия, но это сопряжено с увеличением массы контейнера и большой перегрузкой, действующей на груз при сбросе, что неприемлемо для скоростных летательных аппаратов и большинства сбрасываемых грузов. Время сброса груза можно уменьшить за счет использования регулятора давления в пневмокамере, однако кратковременность процесса сброса и большой диапазон изменения расхода газа в процессе сброса приведут к большой погрешности поддержания давления. Кроме того, регулятор давления является сложным агрегатом, что значительно уменьшает надежность работы устройства для сброса груза.
Техническим результатом, на решение которого направлено изобретение, является уменьшение времени сброса полезной нагрузки без увеличения массы контейнера и максимального значения продольной перегрузки, с высокой надежностью работы устройства.
Для достижения названного технического результата в способе сброса полезной нагрузки с летательного аппарата, заключающемся в установке и закреплении на летательном аппарате, вдоль его фюзеляжа, продольного транспортно-пускового контейнера, снабженного окном для выхода полезной нагрузки в противоположном полету направлении и направляющими, установленными в его полости, размещении полезной нагрузки на направляющих с образованием пневмокамеры в передней части его полости, креплении полезной нагрузки к транспортно-пусковому контейнеру устройством крепления, выполненным с возможностью расфиксации крепления, подлета летательного аппарата к точке сброса полезной нагрузки с последующими подачей струи газа из источника высокого давления в пневмокамеру и расфиксацией крепления полезной нагрузки, после частичного выхода полезной нагрузки обеспечивают подачу в пневмокамеру второй струи газа из газогенератора высокотемпературной струи газа, при этом расход первой струи и совместный расход первой и второй струй газа органичивают из условия ограничения давления в полости транспортно-пускового контейнера по соотношению P≤M·n·g/S, где М - масса полезной нагрузки, n - максимально допустимая перегрузка на полезную нагрузку в направлении сброса, g - гравитационное ускорение, S - площадь поперечного сечения полезной нагрузки.
Отличительными признаками способа сброса полезной нагрузки с летательного аппарата являются следующие: после частичного выхода полезной нагрузки обеспечивают подачу в пневмокамеру второй струи газа из газогенератора высокотемпературной струи газа, при этом расход первой струи и совместный расход первой и второй струй газа органичивают из условия ограничения давления в полости транспортно-пускового контейнера по соотношению P≤M·n·g/S, где М - масса полезной нагрузки, n - максимально допустимая перегрузка на полезную нагрузку в направлении сброса, g - гравитационное ускорение, S - площадь поперечного сечения полезной нагрузки.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными, указанными в ограничительной части формулы, уменьшается время сброса полезной нагрузки без увеличения массы контейнера и продольной перегрузки на полезную нагрузку, с высокой надежностью работы устройства при незначительном увеличении общей массы устройства для сброса полезной нагрузки с летательного аппарата. Уменьшаются аэродинамические нагрузки на летательный аппарат в процессе сброса. Уменьшается скорость полезной нагрузки относительно поверхности Земли, что улучшает условия работы следующих ступеней торможения полезной нагрузки (тормозных щитков, парашютов) при необходимости приземления или приводнения полезной нагрузки.
Предложенное техническое решение может найти применение в различных отраслях народного хозяйства, для оперативной доставки беспилотных летательных аппаратов и других полезных грузов в труднодоступные места, при проведении поисковых или исследовательских операций.
Изобретение поясняется чертежом.
Представленное на чертеже устройство для сброса полезной нагрузки с летательного аппарата включает продольный транспортно-пусковой контейнер 1, расположенный и закрепленный на элементах конструкции летательного аппарата вдоль его фюзеляжа 2 узлами крепления 3 и снабженный окном 4 со стороны заднего торца для прохода полезной нагрузки, полезную нагрузку 5, размещенную в полости транспортно-пускового контейнера 1 на, по крайней мере, двух направляющих 6 с образованием пневмокамеры 7 в передней части его полости и прикрепленную к нему устройством 8 крепления, выполненным с возможностью расфиксации крепления, а также включает источник 9 газа высокого давления с пусковым устройством 10, снабженным электроуправляемым приводом 11, и систему 12 управления сбросом, сообщенную линией 13 электрической связи с электроуправляемым приводом 11 пускового устройства 10, при этом источник 9 газа высокого давления с пусковым устройством 10 сообщены с пневмокамерой 7 линией 14 подачи газа. Устройство для сброса полезной нагрузки с летательного аппарата снабжено, по крайней мере, одним сигнализатором 15 частичного выхода полезной нагрузки 5 и, по крайней мере, одним источником 16 высокотемпературной струи газа с пусковым устройством 17, снабженным электроуправляемым приводом 18, сообщенным линией электрической связи 19 с системой 12 управления сбросом, которая дополнительно сообщена линией 20 электрической связи с сигнализатором 15 частичного выхода полезной нагрузки 5, при этом источник 16 газа высокотемпературной струи с пусковым устройством 17 сообщены с пневмокамерой 7 дополнительной линией 21 подачи газа. В качестве источника 9 газа высокого давления могут быть использованы баллоны сжатого газа, жидкостный или твердотопливный газогенераторы наддува пневмокамеры 7. В качестве сигнализатора 15 частичного выхода полезной нагрузки 5 могут быть использованы сигнализатор снижения давления в пневмокамере 7 или концевой выключатель.
выт
д
Д
1
2
1
Представленное на чертеже устройство работает следующим образом. Полезная нагрузка 5 устанавливается в транспортно-пусковой контейнер 1 на, по крайней мере, двух направляющих 6 и прикрепляется к контейнеру 1 устройством 8 крепления, выполненным с возможностью расфиксации крепления. Благодаря креплению контейнера 1 к фюзеляжу 2 узлами крепления 3 летательный аппарат (не показан) доставляет полезную нагрузку 5 к точке сброса. Для осуществления сброса полезной нагрузки 5 из системы 12 управления сбросом по линии 13 электрической связи подается электропитание в привод 11 пускового устройства 10, которое срабатывает, обеспечивая подачу струи газа из источника 9 высокого давления по линии 14 в пневмокамеру 7 в передней части контейнера 1, обеспечивая увеличение давления в пневмокамере 7. После наддува пневмокамеры до определенного значения P по соотношению P≤M·n·g/S, где М - масса полезной нагрузки, n - максимально допустимая перегрузка на полезную нагрузку в направлении сброса, g - гравитационное ускорение, S - площадь поперечного сечения полезной нагрузки, обеспечивается расфиксация устройства 8 крепления, которое для этого, например, может содержать срезной элемент (не показан), и начинается ускоренное движение полезной нагрузки 5 по направляющим 6 транспортно-пускового контейнера 1 в противоположном полету ЛА направлении под действием силы выталкивания F=(P-P)·S, где Р - давление воздуха в районе окна 4 контейнера 1. Ограничение расхода газа для не превышения в полости 7 определенного значения давления Р обеспечивается подбором проходного сечения линии 14 подачи газа. После частичного выхода полезной нагрузки 5 из контейнера 1 и резкого уменьшения давления Р в полости 7 вследствие увеличения ее объема при ускорении полезной нагрузки 5, сигнализатор 15 по линии 20 электрической связи выдает сигнал в систему 12 управления сбросом, которая по линии 19 подает электропитание в привод 18, задействующий второе пусковое устройство 17, и расход высокотемпературной струи газа из источника 16 по линии 21 поступает в пневмокамеру 7, предотвращая резкое уменьшение в ней давления. Высокотемпературная струя газа, поступившая в пневмокамеру 7 из источника 16, смешиваясь с поступившим в нее газом из источника 9 обеспечивает увеличение температуры и конечного давления смеси газов в пневмокамере 7 полезной нагрузки 5. Соответственно, увеличивается и среднее давление в пневмокамере 7, и среднее ускорение полезной нагрузки 5 при сбросе при незначительном увеличении общей массы устройства для сброса полезной нагрузки. Например, при массе M источника 9 газа высокого давления и конечной температуре 100°C газа в полости 7, для ее увеличения до 200°C, потребная масса М источника 16 при температуре 1000°C высокотемпературной струи в линии 21 подачи газа составит 0,1 M (обратно пропорционально температуре газа), при этом среднее давление и среднее ускорение при сбросе полезной нагрузки увеличится в два раза, а время сброса согласно второму закона Ньютона уменьшится в четыре раза. Благодаря уменьшению времени сброса полезной нагрузки 5 и тому, что высокотемпературная струя газа поступает в полость 7 из источника 16 после срабатывания сигнализатора 15 частичного выхода полезной нагрузки 5, когда она разогналась в контейнере 1 по направляющим 6 и приобрела промежуточную скорость сброса, высокотемпературная струя смешивается с относительно "холодным" газом, поступившим предварительно в полость 7 из источника 9 газа высокого давления, поэтому существенного нагрева поверхности полезной нагрузки 5 и внутренних поверхностей контейнера 1 не происходит. Ограничение расхода газа для не превышения в пневмокамере 7 определенного значения давления Р обеспечивается подбором проходных сечений линий 14 и 21 и выбором рабочих давлений источника 9 газа высокого давления и источника 16 высокотемпературной струи газа. Благодаря уменьшению времени выброса полезной нагрузки 5, реализуемому устройством для сброса, перетеканием газа из пневмокамеры 7 через зазоры между полезной нагрузкой 5 и направляющими 6., можно пренебречь.