КАТАПУЛЬТА ДЛЯ ВЗЛЕТА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к области авиационной техники, более конкретно - к взлетным устройствам летательных аппаратов, преимущественно малоразмерных беспилотных, с помощью катапульты.
Для взлета малоразмерных беспилотных летательных аппаратов широко используются пусковые устройства типа катапульты, позволяющие обеспечить быстрый и эффективный взлет указанных летательных аппаратов с силовой установкой сравнительно небольшой мощности.
Известны устройства для взлета малоразмерных беспилотных летательных аппаратов.
Известные устройства для взлета малоразмерных беспилотных летательных аппаратов с катапульты, оборудованной тележкой, перемещаемой по направляющим катапульты разгонным устройством (см. Исследования способов пуска дистанционно пилотируемых летательных аппаратов (перевод с английского Травкиной Л.П., Чубченко Е.Г.), ОНТИ МАИ, 1983.; Испытание новой пусковой установки для ДПЛА. RAE trials of RPV launchers // Jane's deference weekly / - 1985 / - v.3. - №19; Журнал Aero Digest, December 1931; патентная заявка Великобритании №2132577.), в целом могут быть охарактеризованы следующим образом.
Летательный аппарат имеет стыковочное устройство, с помощью которого его присоединяют к разгонной тележке, которая расположена на катапульте в стартовом положении. После ее разгона разгонным устройством до требуемой скорости летательный аппарат отсоединяют от тележки, а тележку тормозят. Общим недостатком таких устройств является недостаточная надежность взлета летательного аппарата, обусловленная возможностью его контакта с элементами катапульты и
тележки, возникающей в результате их взаимного относительного движения на близком расстоянии друг от друга.
Наиболее близкой к предлагаемой является известная катапульта для взлета летательного аппарата (см. патент Великобритании №1473089, B64F 1/06, 1977), содержащая направляющее, разгонное и тормозное устройства, метательное устройство, выполненное в виде параллелограмного механизма, имеющего верхнее основание, снабженное узлом стыковки с летательным аппаратом, и нижнее основание, шарнирно соединенные между собой опорами.
Недостаток известной катапульты состоит в том, что для обеспечения требуемой скорости взлета летательного аппарата при его метании требуется большая мощность метательного устройства. Кроме того, недостаточный скоростной напор воздуха, обусловленный невысокой скоростью продольного перемещения летательного аппарата, не позволяет использовать создаваемые им аэродинамические силы для ускорения подъема летательного аппарата и управления его положением относительно метательного устройства при их расстыковке и разделении. Это может приводить к касанию хвостовой части летательного аппарата и катапульты и в результате - к поломке летательного аппарата.
Кроме того, невысокие вертикальная и горизонтальная скорости летательного аппарата относительно направляющих катапульты приводят к росту времени его удаления от катапульты после отделения тележки, что увеличивает длину взлетной дистанции, а также повышает вероятность его контакта с катапультой при взлете и тем самым уменьшает надежность взлета.
Предлагаемой полезной моделью решается задача получения технического результата, заключающегося в уменьшении мощности метательного устройства, сокращении длины взлетной дистанции и повышении надежности взлета летательного аппарата путем упрощения его отделения от тележки и предотвращения последующего контакта с катапультой и тележкой.
Для получения такого технического результата предлагаемая катапульта для взлета летательного аппарата содержит направляющее, разгонное и тормозное устройства, метательное устройство, выполненное в виде параллелограмного механизма, имеющего верхнее основание, снабженное узлом стыковки с летательным аппаратом, и нижнее основание, шарнирно соединенные между собой опорами, а также тележку, снабженную фиксатором ее стартового положения относительно направляющего устройства, выполненного в виде продольных направляющих для тележки, при этом нижнее основание параллелограмного механизма совмещено с тележкой, узел стыковки содержит выступы, размещенные на верхнем основании параллелограмного механизма симметрично относительно вертикальной продольной плоскости тележки и предназначенные для взаимодействия с ответными гнездами на летательном аппарате.
Отличительные признаки предлагаемой катапульты состоят в том, что она содержит тележку, снабженную фиксатором ее стартового положения относительно направляющего устройства, выполненного в виде продольных направляющих для тележки, при этом нижнее основание параллелограммного механизма совмещено с тележкой, узел стыковки содержит выступы, размещенные на верхнем основании параллелограмного механизма симметрично относительно вертикальной продольной плоскости тележки и предназначенные для взаимодействия с ответными гнездами на летательном аппарате.
Более продолжительный, по сравнению с метанием, разгон тележки с летательным аппаратом вдоль направляющих катапульты до скорости его отрыва обеспечивает запас кинетической энергии, достаточный для выполнения метания летательного аппарата под требуемым углом к горизонту за счет сил инерции, что позволяет значительно уменьшить мощность используемого разгонного средства.
Перемещение летательного аппарата относительно тележки при их расстыковке и разделении с использованием предлагаемого устройства происходит под углом к направляющим катапульты, что увеличивает расстояние между
летательным аппаратом и узлом стыковки. Тем самым устраняется возможность касания хвостовой части летательного аппарата и узла стыковки, расположенного на тележке, что позволяет избежать поломки летательного аппарата. Кроме того, большее значение вертикальной и горизонтальной скорости летательного аппарата относительно направляющих катапульты сокращает время его удаления от катапульты после отделения тележки, что сокращает длину взлетной дистанции, а также уменьшает вероятность его контакта с катапультой при взлете и тем самым повышает надежность влета.
Выполнение метательного устройства в виде параллелограмного механизма, нижнее основание которого совмещено с тележкой, обеспечивает вертикальное перемещение его верхнего основания и позволяет осуществлять подброс летательного аппарата за счет энергии его движения по инерции. При этом вертикальное перемещение летательного аппарата относительно тележки при его подбросе позволяет выполнить узел стыковки в виде двух выступов, расположенных симметрично относительно вертикальной продольной плоскости тележки, что упрощает конструкцию летательного аппарата и тележки и повышает надежность взлета.
Кроме того, после подброса летательного аппарата узел стыковки вместе с верхним основанием продолжает по инерции двигаться по дуге окружности вперед и опускается вниз. Использование опускания узла стыковки позволяет упростить его конструкцию и выполнение самой отстыковки, что повышает надежность взлета летательного аппарата.
Предлагаемая катапульта также может иметь следующие конструктивные особенности.
1) Узел стыковки катапульты содержит выступы, размещенные на нижнем основании тележки с паралеллограммным механизмом симметрично относительно вертикальной продольной плоскости тележки и предназначенные для взаимодействия с ответными гнездами на летательном аппарате.
Такое выполнение узла стыковки становится возможным благодаря вертикальному перемещению летательного аппарата относительно тележки при его подбросе. В свою очередь, выполнение узла стыковки в виде двух выступов, расположенных симметрично относительно вертикальной продольной плоскости тележки, упрощает конструкцию тележки и летательного аппарата и повышает надежность взлета.
2) Разгонное устройство выполнено в виде пневматической системы, содержащей ресивер, сообщенный с источником сжатого газа, рабочий цилиндр, сообщенный с ресивером посредством отсечного клапана, управляемого от электропневматического крана, поршень рабочего цилиндра, снабженный тросом, закрепленным вдоль его оси, при этом корпус рабочего цилиндра выполнен в виде трубы с закрытыми торцами, в одном из которых выполнено отверстие для троса, поршень размещен в корпусе рабочего цилиндра с возможностью перемещения вдоль его продольной оси и образует рабочую камеру, расположенную со стороны отверстия в торце корпуса рабочего цилиндра и постоянно сообщенную с выходом отсечного клапана, трос пропущен через отверстие в торце корпуса рабочего цилиндра, охватывает блок, размещенный на катапульте вне корпуса рабочего цилиндра, и прикреплен к тележке.
Выполнение разгонного устройства в виде пневматической системы позволяет обеспечить пуск каждого летательного аппарата необходимым запасом потенциальной энергии сжатого газа, что обеспечивает различные скорости взлета и делает предлагаемую катапульту универсальным устройством для запуска летательных аппаратов, имеющих различные взлетные массы, а также повышает надежность взлета.
2) Корпус рабочего цилиндра снабжен дренажным отверстием, выполненным в его боковой стенке, при этом размер и расположение дренажного отверстия по длине рабочего цилиндра, а также длина троса поршня подобраны исходя из условия сообщения полости рабочей камеры с окружающей средой при контакте
тележки с тормозным устройством, а также условия образования около закрытого торца рабочего цилиндра при смещении к нему поршня замкнутой по объему камеры торможения поршня.
Выбором размера и положения дренажного отверстия по длине рабочего цилиндра, а также длины троса достигается обеспечение моментов начала стравливания сжатого воздуха из рабочего цилиндра и образования полости торможения поршня, которые позволяют снизить нагрузки на трос и поршень, что повышает надежность работы устройства.
3) Фиксатор стартового положения тележки относительно направляющих снабжен тарированным по усилию удерживающим элементом, выполненным в виде проволочной петли.
4) Тормозное устройство выполнено в виде пневматического цилиндра, размещенного около конца направляющих катапульты, снабженного поршнем, его штоком, выступающим из цилиндра, ориентированным параллельно направляющим катапульты и взаимодействующим с тележкой при ее перемещении по направляющим катапульты в пределах длины штока.
При таком выполнении тормозного устройства помимо функции смягчения ударных нагрузок шток тормозного пневматического цилиндра при касании с тележкой обеспечивает начало ее торможения, что повышает точность момента подброса летательного аппарата и, следовательно, повышение надежности его взлета.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируются чертежами, представленными на фиг.1-6, на которых изображены:
на фиг.1, 2 - катапульта в исходном положении с размещенным на ней летательным аппаратом;
на фиг.3 - тележка с летательным аппаратом перед запуском;
на фиг.4 - положение летательного аппарата непосредственно перед расстыковкой с тележкой;
на фиг.5 - тележка;
на фиг.6 - элементы функциональных частей катапульты;
Катапульта 1 (см. фиг.1, 2) оборудована направляющими 2, разгонным 3 и тормозным 4 устройствами. Она содержит также тележку 5, связанную с разгонным устройством 3 и взаимодействующую с тормозным устройством 4. Тележка расположена между направляющими 2 катапульты 1 с возможностью перемещения по ним под действием разгонного устройства 3 и снабжена узлом стыковки 6 с летательным аппаратом 7.
Тележка 5 снабжена метательным устройством, связанным с узлом стыковки 6 и фиксатором ее стартового положения относительно направляющего устройства.
Метательное устройство выполнено в виде параллелограмного механизма (см. фиг.3, 4, 5), имеющего верхнее 8 и нижнее 9 основания. Основания 8, 9 соединены между собой опорами 10 с шарнирами 11. При этом нижнее основание 9 имеет две пары роликов 12 (см. фиг.5), которые необходимы как базирующиеся элементы в направляющих катапульты, а на верхнем основании 8 размещен узел стыковки 6, имеющий два выступа 13, расположенных симметрично относительно вертикальной продольной плоскости тележки 5. Выступы 13 сопряжены с гнездами 14 (см. фиг.3, 4) ответной части узла стыковки, размещенной на летательном аппарате 7. Эта ответная часть выполнена в виде специально профилированной под выступы 13 ниши.
Фиксатор стартового положения тележки относительно направляющего устройства в случае, показанном на фиг.5, выполнен простейшим образом - в виде тарированного по усилию удерживающего элемента, представляющего собой проволочную петлю 38.
Разгонное устройство 3 (см. фиг.6) выполнено в виде пневматической системы, содержащей ресивер 15, сообщенный с источником 16 сжатого газа, рабочий
цилиндр 17, сообщенный с ресивером посредством отсечного клапана 18, управляемого от электропневматического крана 19, поршень 20 рабочего цилиндра 17, снабженный тросом 21, закрепленным вдоль его оси. При этом корпус рабочего цилиндра выполнен в виде трубы с закрытыми торцами, в одном из которых выполнено отверстие для троса 21. Поршень 20 размещен в корпусе рабочего цилиндра 17 с возможностью перемещения вдоль его продольной оси и образует вместе со стенками корпуса рабочую камеру. Трос 21 пропущен через отверстие в торце корпуса рабочего цилиндра 17, охватывает блок 23, размещенный на катапульте 1 вне корпуса рабочего цилиндра 17, и прикреплен к тележке 5.
Корпус рабочего цилиндра 17 снабжен дренажными отверстиями 3, выполненными в его боковой стенке. Размеры и расположение дренажных отверстий 3 по длине рабочего цилиндра 17, а также длина троса 21 и поршня 20 подобраны, исходя из условия сообщения полости рабочей камеры 22 с окружающей средой.
Тормозное устройство 4 тележки (см. фиг.4) выполнено в виде пневматического цилиндра 24, установленного на конце направляющих 2 катапульты. Цилиндр снабжен поршнем со штоком, ориентированным параллельно направляющим 2 катапульты 1.
Предлагаемая катапульта работает и используется следующим образом.
Первоначально катапульта 1 находится в стартовом положении, показанном на фиг.1.
При этом тележка 5 размещена в начале направляющих 2 и удерживается в этом положении фиксатором стартового положения тележки относительно направляющего устройства, представляющим собой тарированный по усилию удерживающий элемент - проволочную петлю 38. Летательный аппарат 7 расположен на верхнем основании 8 параллелограммного механизма. При этом выступы 13 входят в пазы гнезд 14 и могут передавать разгонное усилие от тележки 5 на летательный аппарат 7. Кроме того, выступы 13 противодействуют повороту летательного аппарата 7 относительно его продольной, вертикальной и поперечной оси.
Параллелограммный механизм метательного устройства находится в стартовом положении, в котором опоры 10 отклонены назад (см. фиг.3).
В ресивер 15 от источника 16 подают сжатый газ, потенциальная энергия которого используется для разгона летательного аппарата 7. Для разгона тележки 5 с летательным аппаратом 7 по сигналу от электропневматического крана 19 сжатый газ через отсечной клапан 18 подают в рабочую камеру 22 рабочего цилиндра 17. Сила давления газа на поршень 20 через трос 21, перекинутый через блок 23, передается в виде усилия к тележке 5. Последняя начинает разгоняться по направляющим 2 катапульты 1 вместе с летательным аппаратом 7. Опоры 10 остаются в исходном положении отклоненными назад, поскольку их прижимает к упору 10 момент, возникающий от сил инерции и аэродинамического сопротивления, действующих на летательный аппарат 7.
После перемещения по всей длине направляющих 2 вдоль катапульты 1 тележка 5 вместе с летательным аппаратом 7 приобретает скорость, необходимую для взлета летательного аппарата. В конце направляющих тележка взаимодействует со штоком тормозного устройства 4, который начинает тормозить тележку 5. Одновременно с этим начинается выпуск сжатого газа из рабочей камеры 22 через открывающиеся дренажные отверстия.
y
При торможении тележки 5 летательный аппарат 7 вместе с верхним основанием 8 параллелограммного механизма по инерции продолжают движение вперед и вынуждают опоры 10 поворачиваться в вертикальной плоскости тележки относительно шарниров 12 до момента касания опорами выступа 24, расположенного на нижнем основании 9 тележки 5 (см. фиг.4, 5). При этом узел стыковки 6 совершает движение по дуге окружности 40, определяемой расстоянием между шарнирами опоры 10 метательного устройства, с некоторой окружной скоростью. Проекция указанной скорости на оси, связанной с летательным аппаратом системы координат показаны на фиг.4. Возникшая вертикальная составляющая скорости V (см. фиг.4) обеспечивает подброс летательного аппарата вверх.