ПУСКОВАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к области выталкивающих систем и устройств в судостроении, а именно к устройствам для дистанционного отделения подводных аппаратов от морского подвижного носителя.
Известна полезная модель «Транспортно-пусковой контейнер» по Патенту РФ №87511, F41F 3/10, 2009 г., содержащая заполненную ингибитором и герметично закрытую разрывной мембраной пусковую трубу с кольцом обтюрации в передней ее части, пусковое устройство, включающее клапаны и поршень, установленный с возможностью его перемещения вдоль пусковой трубы, и ресивер с газом высокого давления, отличающийся тем, что пусковая труба выполнена с дополнительной секцией, в корпусе которой размещен ресивер с образованием расширительной камеры между поршнем пускового устройства и последним, в расширительной камере установлены упоры для фиксации положения поршня и расположены пусковой клапан и выходная магистраль основного клапана, размещенного в части корпуса ресивера, герметизирующей расширительную камеру пускового устройства. Проходное сечение основного клапана закономерно увеличивается во время пуска подводного аппарата таким образом, что при падении давления в ресивере до 0,95 - 0,9 от первоначального сечение составляет 0,7 - 0,6 от максимального, а полное раскрытие происходит при остаточном давлении в ресивере, составляющем 0,75 - 0,85 от начального.
Сравнительно большая расширительная емкость в сочетании с заявленным законом проходного сечения регулятора воздуха высокого давления от его текущего значения в ресивере обеспечивают в автоматическом режиме пуск подводного аппарата с необходимой выходной скоростью в требуемом диапазоне глубин погружения морского подвижного носителя при наличии только управляющего электросигнала на электромагнитном приводе пускового клапана.
К недостаткам аналога относятся большие массогабаритные характеристики пускового клапана, занимающего существенную часть объема расширительной полости и необходимость точной настройки пружин, обеспечивающих заданную программу работы регулятора воздуха высокого давления, что требует отработки каждого пускового устройства в условиях производства и предъявления его заказчику. Дискретное раскрытие сечения регулятора обуславливает повышенные требования к такой регулировке, т.к. предопределяет возможные колебания давления в расширительной полости с соответствующим его влиянием на формирование выходной скорости выпускаемого подводного аппарата.
Известна также полезная модель «Пусковое устройство для подводных аппаратов» по Патенту РФ №116619, F41F 3/10, 2012 г., характеризующаяся наличием заполненной жидкостью с добавлением ингибитора и герметично закрытой разрывной мембраной пусковой трубы с кольцом обтюрации в передней ее части, совмещенным с тормозным устройством поршня, обеспечивающим совместно с поршнем поперечную фиксацию подводного аппарата, баллона с газом (воздухом) высокого давления с размещенной в нем выходной магистралью регулятора воздуха высокого давления, расположенного в соединенной с баллоном клапанной коробке, включающего стартовый клапан и два клапана разных проходных сечений, управляющие полости обоих клапанов связаны между собой и с выходом стартового клапана каналом, при этом в канале установлен регулятор времени задержки срабатывания клапана большего сечения по отношению к открытию клапана меньшего сечения, а также дополнительной секции пусковой трубы, корпус которой совместно с баллоном и поршнем образуют расширительную полость, в которой установлены упоры для начальной фиксации положения поршня. При этом регулятор времени задержки выполнен в виде регулируемого дросселя, включающего подвижный стержень, имеющий вырез, взаимодействующий с проходным сечением канала, связывающего управляющие полости клапанов, и соединенный с подпружиненным центром герметично прикрепленной к наружной поверхности клапанной коробки мембраны, на которую оказывает давление внешняя среда, вызывающая перемещение подвижного стержня в зависимости от изменения глубины, на которую погружен носитель.
Основным недостатком предложенного устройства является постоянная в процессе нахождения носителя в море работа регулятора времени задержки, вызываемая частым изменением глубины погружения носителя. Это негативно сказывается на соответствующих уплотнительных элементах и может привести к нештатной работе пускового устройства, чреватой срывом процесса отделения подводного аппарата от носителя.
Вместо воздуха высокого давления для пуска подводного аппарата могут быть использованы пороховые аккумуляторы давления. Вариант такого решения описан в изобретении «Аппарат для пуска объектов в жидкой внешней среде» по Патенту США №6,701,819, F41F 3/07, F41F 3/10, 2004 г. Согласно заявленному решению, подводный аппарат располагается в пусковой трубе, внутри которой свободно перемещается толкающий поршень. Система пороховых аккумуляторов давления расположена в отдельной расширительной полости за поршнем. Прежде всего, это связано с ограничением теплообмена горячих газов с водной средой и с необходимостью обеспечить запирание отработанных газов в полости пусковой трубы после выстрела.
В зависимости от глубины пуска производится контролируемое с помощью специального устройства воспламенение зарядов системы пороховых аккумуляторов давления таким образом, чтобы выходная скорость изделия была примерно постоянной во всем диапазоне глубин применения. Соответственно, на самой малой глубине происходит воспламенение и горение одного порохового аккумулятора давления из группы, а на предельной глубине пуска - горение всех аккумуляторов давления.
Недостатком описанного метода является его техническая сложность за счет наличия большого количества пироустройств (в заявленном варианте - 9 штук), реализующих работу специального устройства контроля, необходимость масштабной отработки на специализированных стендах, имитирующих внешнее противодавление.
Наиболее близким к заявляемому решением является полезная модель «Устройство для выпуска подводных аппаратов» по Патенту РФ №97506, F41F 3/10, 2010 г., содержащая заполненную жидкостью с добавлением ингибитора и герметично закрытую разрывной мембраной пусковую трубу с кольцом обтюрации в передней ее части, которое также выполняет функцию тормозного устройства для поршня. Поршень имеет возможность перемещения вдоль пусковой трубы, и совместно с кольцом обтюрации обеспечивает поперечную фиксацию подводного аппарата. Устройство содержит баллон с газом высокого давления, а также пусковой с электромагнитным приводом и основной клапаны регулятора проходного сечения. Пусковая труба устройства выполнена с дополнительной секцией, в корпусе которой размещен баллон с образованием расширительной полости между поршнем и баллоном, при этом в расширительной полости установлены упоры для начальной фиксации положения поршня и расположена выходная магистраль основного клапана, размещенного в корпусе баллона.
К недостаткам прототипа можно отнести отсутствие регулирующих в зависимости от глубины срабатывания или текущего давления в баллоне расход воздуха элементов, что приводит к невозможности обеспечить малую величину разброса (в пределах нескольких метров в секунду) выходной скорости выпускаемого подводного аппарата в широком диапазоне глубин использования устройства.
Также к недостаткам всех перечисленных аналогов и прототипа необходимо отнести невозможность осуществления пуска подводных аппаратов, имеющих рули управления, выходящие за пределы наружного диаметра их корпуса.
Отдельно необходимо отметить, что ни в одном из отмеченных патентов-аналогов не решен вопрос ввода информации в подводный аппарат и обеспечения, при необходимости, подзаряда источника энергии аппарата (аккумуляторной батареи).
Заявляемая полезная модель решает задачи упрощения конструкции системы пороховых аккумуляторов давления, а также повышения надежности и качества работы пусковой системы в целом и снижения времени подготовки к пуску.
Техническим результатом предлагаемого решения является решение задачи пуска подводных аппаратов, имеющих рули управления, выступающие за пределы наружного диаметра их корпуса, при сохранении схемы размещения аппарата в пусковой трубе с опорой на поршень и кольцо обтюрации, упрощение конструкции системы пороховых аккумуляторов давления за счет отказа от дополнительного контролирующего порядок срабатывания пороховых аккумуляторов давления устройства, а также решение задачи обеспечения ввода данных в подводный аппарат и его подзарядки с учетом принятой схемы его размещения в пусковой трубе.
Решение поставленной задачи достигается тем, что пусковая система содержит заполненную жидкостью с добавлением ингибитора и герметично закрытую с переднего торца разрывной мембраной секцию пусковой трубы с кольцом обтюрации в передней ее части, совмещенным с тормозным устройством поршня, установленного в задней части секции с возможностью его перемещения вдоль пусковой трубы, и обеспечивающим совместно с тормозным устройством поперечную фиксацию подводного аппарата, систему пороховых аккумуляторов давления, расположенных в дополнительной секции, образующей совместно с секцией пусковой трубы расширительную полость между поршнем и системой пороховых аккумуляторов давления, в которой установлены упоры для начальной фиксации положения поршня. При этом в кольце обтюрации и поршне выполнены пазы, обеспечивающие пуск подводных аппаратов с рулями управления, выходящими за пределы наружного диаметра их корпуса, при этом для отсутствия поворота подводного аппарата в процессе пуска на поршне закрепляются направляющие штыри, проходящие через кольцо обтюрации. Система пороховых аккумуляторов давления включает в себя минимум две камеры горения, соединенные между собой каналом, обеспечивающим временную задержку начала горения последующего заряда топлива относительно первого, горение которого инициируется с помощью пироустройства, при этом каждая из камер горения с наружной стороны закрывается заглушкой, имеющей калиброванное проходное круглое сечение экспериментально определяемого диаметра, через которое продукты горения выходят в общую промежуточную камеру, соединенную с расширительной полостью соплом, при этом количество камер горения, диаметры соединительных каналов, проходных сечений заглушек и сопла определяются диапазоном глубин работы пусковой системы. Также в состав пусковой системы входит размещенная на секции пусковой трубы система бесконтактного ввода информации в подводный аппарат, совмещенная с системой подзаряда источника энергии подводного аппарата, сориентированная относительно наружной поверхности его корпуса.
Конструктивная простота заявляемой полезной модели определяет ее высокую надежность и малую стоимость ее реализации.
Предлагаемая полезная модель поясняется следующими фигурами:
- на фиг. 1 показано общее устройство модели (продольный разрез);
- на фиг. 2 изображен разрез дополнительной секции с размещенной в ней системой пороховых аккумуляторов давления;
- на фиг. 3 изображен поперечный разрез пусковой трубы (разрез А-А, указанный на фиг. 1).
На фиг. 1 изображен общий вид полезной модели в разрезе, в котором подводный аппарат 1 размещен в секции пусковой трубы 2, расточенной под свободное перемещение поршня 3, с неподвижно установленным в ее передней части обтюрирующим кольцом 4, образующим с внутренней поверхностью пусковой трубы демпфирующую полость, по размерам согласованную с кольцевым плунжером поршня 3 и предназначенную для его торможения в конце хода.
Подводный аппарат 1 опирается головной частью на обтюрирующее кольцо 4, а рулями управления 5 - на соответствующие пазы 6, проточенные в поршне 3. При транспортировке и хранении в продольном направлении перемещение аппарата ограничивают кольцевой буфер 7 и разрывная мембрана 8, которая герметизирует внутренний, заполненный жидкостью с добавлением ингибитора объем пусковой трубы 2.
К задней стороны секции пусковой трубы 2 герметично пристыкована с помощью крепежных элементов 9 дополнительная секция 10 с образованием расширительной полости 11.
На секции пусковой трубы 2 размещена система 12 бесконтактного ввода информации в подводный аппарат 1, совмещенная с системой бесконтактного подзаряда источника энергии подводного аппарата 1, сориентированная относительно наружной поверхности корпуса подводного аппарата 1, на которой размещено приемное устройство 13 информации и заряда.
От внешнего корпуса пусковой системы, образованного двумя секциями (пусковой трубы 2 и дополнительной 10) отводятся герметичные кабельные жгуты, подсоединяемые к соответствующим герметичным разъемам носителя: от системы 12 бесконтактного ввода информации отходит жгут 14, а от системы пороховых аккумуляторов давления, размещенной в дополнительной секции 10 - жгут 15.
На фиг. 2 изображен разрез дополнительной секции 10 с размещенной в ней системой пороховых аккумуляторов давления, на котором обозначены камеры горения 16 пороховых аккумуляторов давления, закрытые сверху заглушками 17, в каждой из которых выполнено калиброванное проходное круглое сечение. Между собой камеры горения 16 соединены каналами 18, имеющими разные диаметры проходных сечений. Все выходные отверстия камер горения 16 конструктивно реализованные в заглушках 17, выходят в общую промежуточную камеру 19, в верхней части которой располагается выходное сопло 20 всей системы пороховых аккумуляторов давления. В центральной камере горения 16 размещается пироустройство 21, соединенное с герметично заделанным кабельным жгутом 15.
На фиг. 3 изображен поперечный разрез А-А секции пусковой трубы 2, на котором показано положение подводного аппарата 1 внутри секции пусковой трубы 2, на верхней части которой размещена система 12 бесконтактного ввода информации. Также на фигуре можно видеть крепежные элементы 9. Внутри секции пусковой трубы 2 закреплено обтюрирующее кольцо 4, в котором выполнены специальные пазы 22, соответствующие размерам рулей управления 5 подводного аппарата 1. Также в обтюрирующем кольце 4 выполнены отверстия, через которые проходят направляющие штыри 23, закрепленные на невидимом с рассматриваемого ракурса поршне 3.
Пусковая система работает следующим образом.
После установки заранее подготовленной пусковой системы на носителе производится ее подключение к соответствующим системам носителя посредством герметичных кабельных жгутов 14 и 15.
После выхода носителя в море, на глубине подводный аппарат 1 будет находиться в жидкости с добавлением ингибитора под забортным давлением вследствие малой жесткости разрывной мембраны 8. При этом, по мере необходимости в зависимости от времени нахождения в море, источник энергии подводного аппарата 1 может подзаряжаться за счет бесконтактной передачи ему энергии через систему 12 подзаряда.
Перед осуществлением пуска подводного аппарата 1 производится его подготовка, в ходе которой в него с помощью системы 12 бесконтактного ввода информации вводятся данные от информационно-управляющей системы носителя.
Осуществление пуска подводного аппарата 1 производится подачей электропитания через кабельный жгут 15 на пироустройство 21, срабатывание которого инициирует начало горения топлива в центральной камере горения 16. Получаемые в результате горения газы проходят через отверстие в заглушке 17, попадая в общую промежуточную камеру 19, а оттуда - через выходное сопло 20 в расширительную полость 11, вызывая подъем давления в ней выше забортного. При этом на малой глубине погружения носителя забортное давление мало, и поэтому давление, необходимое для его преодоления, небольшое. На большой глубине - наоборот.
Параллельно с горением в центральной камере горения 16 происходит постепенное возгорание топлива в камерах горения 16 остальных пороховых аккумуляторов давления за счет его воспламенения через соединительные каналы 18. При этом чем меньше диаметр у конкретного канала 18, тем позднее начнется возгорание в соответствующей камере горения 16. Подбор количества камер горения 16, диаметров соединительных каналов 18, проходных сечений заглушек 17 и сопла 20 определяются экспериментально-расчетным путем таким образом, чтобы во всем диапазоне глубин работы пусковой системы обеспечивалась требуемая выходная скорость подводного аппарата за счет того, что на самой малой глубине происходит воспламенение и горение одного порохового аккумулятора давления, а на предельной глубине пуска - горение всех аккумуляторов давления.
Поршень 3 за счет повышения давления в расширительной полости 11, начинает перемещаться вдоль пусковой трубы 2, компенсируя потерю жидкости с добавлением ингибитора через кольцо обтюрации 4. После начала перемещения подводный аппарат 1 своей головной частью разрушает разрывную мембрану 8 и выходит из пусковой системы по направлению пуска. При этом важно не повредить его рули управления 5 о кольцо обтюрации 4, что достигается отсутствием вращения поршня 3 вокруг продольной оси пусковой трубы за счет движения закрепленных на нем направляющих штырей 23 сквозь отверстия в кольце обтюрации 4.
В конце разгона подводного аппарата 1 его рули управления 5 проходят через пазы 22 в кольце обтюрации 4, и подводный аппарат 1 покидает пусковую систему с заданной выходной скоростью. Поршень 3 тормозится и затем останавливается, так как его плунжер сжимает в демпфирующей полости кольца обтюрации 4 жидкость, постепенно выжимая ее под образующимся повышенным давлением через уменьшающееся с перемещением поршня 3 сечение. Таким образом, все горячие газы, полученные в результате горения топлива в камерах горения 16, остаются в полости пусковой трубы 2, не выходя наружу.
Таким образом, реализуются поставленные перед предлагаемым устройством задачи. Пусковая система обеспечивает выпуск подводного аппарата 1 с выступающими за диаметр его корпуса рулями 5 управления с необходимой для безопасного отделения от носителя скоростью в заданном диапазоне глубин в автоматическом режиме с сокращенным временем подготовки у пуску.