Устройство для выстреливания бросательных концов

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5066580/12 (22) 23.09.92 (46) 30.11.93 Бюл. М 43-И (71) Товарищество с ограниченной ответственностью "ИСТА" (72) Исаков С.Н,; Исаков И.Н.; Юркин С.В. (73) Товарищество с ограниченной ответственностью "ИСТА" (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСТРЕЛИВАНИЯ

БРОСАТЕЛЬНЪ|Х КОНЦОВ (В) RU (11) 20О3367 Cl (51) 5 Аб2В1 18 (57) Сущность изобретения: устройство для выстреливания бросательных концов имеет ствол с размещенным в нем метательным снарядом, пусковую камеру, соединенную со стволом посредством входного отверстия. отсекатель и направляющую, между которыми образована управляющая полость, а коническая поверхность отсекателя взаимодействует с кольцевыми выступами конической поверхности входного отверстия. 2 ил.

2003367

Изобретение относится к спасательным устройствам, а именно к пусковым устройствам для запуска метательного снаряда.

Известны пусковые аппараты для забрасывания линя, основанные на выстреливании за счет порохового заряда (патент

США № 4 799 906, кл. В 63 С 9/26) или реактивного снаряда (патент ФРГ №

3111044, кл, В 63 С 9/26, патент Франции

¹2479 128,,кл,,В 63 С 9/26).

Недостатками этих устройств являются взрыва- и пожароопасность при их применении высокая стоимость выстрела, малый срок хранения.

Известен пусковой аппарат, включающий баллон, ствол и камеру со сжатым воздухом. В стволе находится поршень, снабженный уплотнением и выемкой, в которой расположен хвостовой частью метательный снаряд.

До выстрела снаряд удерживается в стволе захватом, Однако при выстреле поршень резко бьет по передним упорам. При этом возникают большие ударные нагрузки, которые накладывают повышенные требования к прочности изделия. В результате возрастают металлоемкость и вес устройства (авт.св. ¹ 253270, кл. B 63 С 9/26}.

В Японии разработан пневматический линемет, состоящий иэ ствола, герметичной камеры, в которой создается необходимое рабочее давление, цилиндрической части клапана, главного клапана, впускного клапана герметичной камеры спускового устройства, метательного снаряда, редуктора давления, баллона со сжатым воздухом (Проблемы безопасности при черезвычайных ситуациях, ВИНИТИ, Реферативный сборник, Вып, 11, M., 1990, с,83-84, или Себо кагаку кенкюсе хо, — Сайто Масаки, Котакэ

Масаси Rept. Вге Яс!ЛаЬ, № 16, 1979, 4144)

Недостаток этого устройства обусловлен наличием в конструкции разделительного клапана, имеющего ограниченную конструкцию устройства, приводит к дополнительным потерям давления и, как следствие, к уменьшению начальной скорости вылета метательного снаряда, и, следовательно, к неэффективному использованию энергии сжатого газа.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является пусковое устройство для метательного снаряда, соединенного со спасательным тросом или другим подобным приспособлением (NfO

82/1860, кл, В 63 С 9/26), Цель изобретения — снижение расхода сжатого газа, массы и габаритов устройства за счет повышения эффективности использования потенциальной энергии сжатого газа, Это достигается тем, что устройство для выстреливания бросательных концов содержит ствол с метательным снарядом, соединенный с пусковой камерой канал, входное отверстие которого перекрыто отсекателем, расположенным с возможностью перемещения на направляющей, причем между от10 секателем и направляющей образована управляющая полость, сообщенная магистралью через запорно-регулирующую арматуру с источником высокого давления и дренажем, причем направляющая выполнена в виде полого цилиндра, расположенного соосно стволу и закрепленного на стенке пусковой камеры с помощью кронштейна, в котором выполнена указанная магистраль, а отсекатель выполнен в виде охватывающего тонкостенного конусообразного колпака, выполненного из упругого материала, причем во входном отверстии канала, соединяющего ствол с пусковой камерой, выполнен конический скос по крайней мере с двумя кольцевыми выступами, а диаметр наружной кромки первого выступа равен диаметру внутренней цилиндрической поверхности колпака, а диаметр наружной кромки последнего выступа, примыкающего к входу в ствол, равен диаметру выходного отверстия конического канала, а отношение диаметра выходного отверстия конического канала (диаметра проходного сечения клапана) к внутреннему диаметру ствола выби35 рается из условия

1)- ), dk

% а где dK — диаметр выходного отверстия конического канала (диаметр проходного сечения клапана); бг — внутренний диаметр ствола; ак — скорость звука в проходном сечении клапана; ч — скорость метательного снаряда на

45 срезе ствола, а величина внутреннего обьема камеры выбирается такой, чтобы обеспечить кинетическую энергию снаряда на выходе из ствола, достаточную для обеспечения заданной

50 дальности и высоты полета при заданном начальном давлении газа в камере и максимально возможной эффективности использования потенциальной энергии сжатого газа в камере (КПД устройства), а отношение внутреннего объема ствола к внутреннему объему камеры определяется по формуле

Чг 1

V> где т — КПД;

2003367

V, Vz — внутренние объемы камеры и ствола;

k — показатель адиабаты, для воздуха К

= 1, 4.

Новые существенные признаки.

1. Направляющая отсекателя выполнена в виде полого цилиндра, расположенного соосно стволу и закрепленного на стенке пусковой камеры с помощью кронштейна, 2. Отсекатель выполнен в виде охватывающего направляющую тонкостенного конусообразного колпака, выполненного из упругого материала, 3. Во входном отверстии канала, соединяющего ствол с пусковой камерой, выполнен конический скос по крайней мере с двумя кольцевыми выступами.

4. Диаметр наружной кромки первого выступа равен диаметру внутренней цилиндрической поверхности колпака;

5. Диаметр наружной кромки последнего выступа, примыкающего к входу в ствол, равен диаметру выходного отверстия конического канала.

6, Отношение диаметра проходного сечения клапана к внутреннему диаметру ствола выбирается из условия

1 > — >2 где dK — диаметр выходного отверстия конического канала (диаметр проходного сечения клапана);

dz — внутренний диаметр ствола; ак — скорость звука в проходном сечении клапана; ч — скорость снаряда на срезе ствола.

7, Отношение внутреннего объема ствола к внутреннему объему камеры выбирается из условия 2 1

V1 где Vi, Vz — внутренние объемы камеры и ствола; т — КПД устройства;

К вЂ” показатель адиабаты, для воздуха К

= 1,4.

Перечисленные новые существенные признаки достаточны во всех случаях, на которые распространяется и спрашиваемый объем правовой охраны.

При осуществлении устройства выявленные отличительные признаки в совокупности с известными обеспечивают получение технического эффекта, Дальность и высота полета при равных баллистических характеристиках метательного снаряда (аэродинамическое сопротивление и вес снаряда и линя) будут

55 определяться кинематической энергией снаряда на вылете из ствола г

К= (1) где m — масса снаряда, включая массу линя, если линь укладывается внутри снаряда; ч — скорость снаряда на вылете из ствола, Снижение массы устройства и расхода сжатого газа будет определяться коэффициентом использования потенциальной энергии сжатого газа (КПД) S- 1 К (2) где P>, V< — начальное давление и объем камеры.

Если учесть, что для достижения цели изобретения в качестве исходных задаются величины К и т, начальное давление в камере, как правило, является фиксированной величиной из требований технологии или безопасности, то величина внутреннего объема камеры определяется по формуле (2) (признак 7).

Экспериментально доказано, что время полного открытия клапана, обладающего. отличительными признаками 1 — 5, во всех случаях не превышает величины 0,001 с, много меньшей времени разгона метательного снаряда в стволе, составляющего величину, во всех случаях превышающую 0,01 с, что с приемлемой для практики точностью позволяет считать открытие заявляемого клапана мгновенным.

При мгновенном открытии клапана в случае, когда диаметр проходного сечения клапана превышает внутренний диаметр ствола, это приводит только к увеличению габарита и веса установки, не увсличивая выходную скорость снаряда, так как в этом случае критическим сечением будет являться диаметр ствола, поэтому из конструктивных соображений отношение диаметра проходного сечения клапана и внутреннему диаметру ствола не должно превышать единицы, когда же отношение диаметра проходного сечения клапана к внутреннему диаметру ствола меньше единицы, выполнение условия равенства текущих давлений в камере и стволе при отсутствии явления запирания течения газа в проходном сечении клапана во все времч разгона метательного снаряда в стволе будет выполнено при определенном условии, что позволяет определить диапазон допустимых отношений указанных величин (признак 6), ) — ) /—

A о2 Ж (3) 2003367 точке внутри камеры и ствола за снарядом равными, т,е. справедливы законы газостатики, которые позволяют получить зависимость КПД от соотношения объемов (4) 30 (1 + Ч2)1 — 1

V1 где Vz — внутренний объем ствола.

Формула (4) показывает, что предложенное в прототипе соотношение Ч1 Ч 35 соответствует области очень низких значений КПД так, что х 0,242.

Если вспомнить, что величина КПД задается в качестве исходной, то из формулы (4) определяется объем ствола (признак 2). 40

Иэ формулы (4) следует также, что для достижения более высоких значений КПД нужно стремиться к увеличению объема ствола относительно объема камеры, На фиг,1 и 2 изображено схематически 45 устройство для выстреливания бросательных концов.

Устройство содержит ствол 1 с метательным снарядом 2, соединенный с пусковой камерой 3 через конический канал 4, 50 выполненный в виде конического скоса, выходное отверстие 5 перекрыто отсекателем

6 в виде охватывающего направляющую 7 тонкостенного конусообразного колпака, выполненного иэ упругого материала. по 55 двум кольцевым выступам (уплотнениям) 8, 9. Между отсекателем и направляющей образована управляющая полость 10, сообщенная магистраль с резервуаром 11 где о» вЂ” диаметр выходного отверстия конического клапана (диаметр проходного сечения клапана); б — внутренний диаметр ствола; ໠— скорость звука в проходном сечении клапана;

v — скорость снаряда на срезе ствола, Несоблюдение условия (3) приводит к запиранию потока газа через проходное сечение клапана, а значит к меньшей величине текущего давления в стволе по сравнению с текущим давлением в камере. В данном случае практически сводится до минимума характерный для прототипа и аналогов участок разгона снаряда пониженным давлением в стволе по сравнению с давлением в камере из-за явления запирания, который заканчивается только с полным открытием клапана, что позволяет более эффективно использовать энергию сжатого воздуха

Экспериментально доказано, что с приемлемой для практики точностью можно считать открытие применяемОго . клапана мгновенным, а термодинамические параметры в любой момент времени в любой

25 сжатого газа через запорный вентиль 12 и редукционный клапан 13. Сброс газа из полости 10 производится управляющим клапаном 14, Спасательный конец(линь) 15 в виде укладки помещен в метательный снаряд, Возможен вариант, когда укладка линя 15 находится снаружи, а не внутри метательного снаряда.

На фиг.2 показан конический канал 4.

Устройство работает следующим образом.

При открытии запорного вентиля 12 гаэ иэ резервуара 11 сжатого газа через редукционный клапан 13 поступает во внутреннюю полость 10. Под действием давления газа отсекатель 6 движется в сторону конического канала 4 и запирается выходное отверстие 5 клапана по кольцевым выступам

8, 9. Через образующийся зазор между внутренней цилиндрической частью колпака и направляющей 7 газ наполняет камеру 3 до заданного давления. После наполнения камеры 3 запорный вентиль 12 закрывается, и устройство готово к работе, При пуске установки нажатием на спуск клапана 14 происходит выброс газа из внутренней полости 10 под отсекателем 6. При достижении достаточно низкой величины давлен,ия под отсекателем 6 начинается протечка газа между наружной конической поверхностью отсекателя 6 и уплотнениями

8, 9 гаэ под рабочим давлением распространяется на всю наружную поверхность отсекателя, и отсекатель с очень большим ускорением движется в сторону направляющей 7, открывая выходное сечение конического канала. Так как время открытия выходного сечения конического канала составляет время,. много меньшее времени разгона метательного снаряда 2 в стволе 1 (меньше 0,001 с), то во все время работы устройства текущие давления газа в камере

3 и в стволе 1 равны между собой. Выходное сечение конического канала выбрано из условия отсутствия запирания потока при максимальной величине скорости движения метательного снаряда 2 в стволе 1.

Разработано устройство для выстреливания бросательных концов со следующими параметрами: выбран быстродействующий клапан с полным временем открытия t» 0,001 с, проходным сечением диаметра б» = 0,05 м, задано давление воздуха в камере P> =

30 бар, задан коэффициент полезного действия т= 0,4, заданная кинетическая энергия снаряда на выходе из ствола, необходимая для

2003367

Як = à t /2 = (P >Sz/m) Ь /2 = 0,01, 40 которые в действительности значительно меньше, так как в условиях неполного открытия клапана из-за запирания толкающая сила обусловлена давлением, меньшим, чем

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСТРЕЛИВАНИЯ

БРОСАТЕЛ6НЫХ КОНЦОВ, содержащее ствол для размещения метательного снаряда, пусковую, камеру, соединенную со стволом посредством входного отверстия, установленную в пусковой камере на ее стенке соосно со стволом полую цилиндрическую направляющую, взаимодействующий с ней подвижный отсекатель, образованную между направляющей и отсекателем управляющую полость, соединенную посредством магистрали через запорно-регулирующую арматуру с источником высокого давления и дренажом. от- .

55 достижения требуемой дальности и высоты полета при известной массе снаряда m = 2 кг, определяется скоростью на выходе из ствола v = 90 м/с.

Диаметр ствола ограничивается разме- 5 ром. определяемым условием (3)

1 бг дк (ак/v) 2 = 0,05 (340/90) 2 = 0,097 м (выбрано = 0,097)

Объем камеры высокого давления определяется из соотношения (2)

V) = (k — 1) m v /(2 г Р 1) = 1,4 — 1)-2 902/(2

0,4 30 10 ) = 2,7 10з мз.

Принято V> = 3.10, что дает возможность понизить рабочее давление при том же КПД, В нутренний объем ствола определяется из соотношения (4)

Vz/Ч1 = 1/(1 -r ) () — 1 = 1/(1 — 0,4) 5—

1 =2,59, 20

Из конструктивных соображений принято d> = dz (ствол и камера изготовлены из одинаковой трубы), а также незначительно уменьшено отношение Vz/Ч1 = 2,5, что позволило понизить габаритный размер.

Определены длины камеры и ствола !

1 = Vl/S1 = 3 ° 10 /(3,14 0,097 /4) = 0,4мм !

2 = Ч2/Sz = 7,5 10 /(3,14 0,097 /4) = 1,0 м, что позволило с помощью формулы (4) 30 уточнить КПД

z = 1 — 1/(1 + Vz/Ч1) 1 = 0,394 и с помощью формулы (2) уточнить давление в камере

Р1 = (k — 1) m v /(2 т V1) = 27,4 бар.

Максимально возможный путь, который может пройти снаряд до полного открытия клапана, определен по формуле

Р1. Однако даже в этом предельном случае неработающая часть ствола составит долю

Sk/Iz = 0,01. Этот факт объясняет также хорошее совпадение величин, вычисленных с помощью формул (1) — (4), с данными, полученными при испытаниях, По приведенным выше исходным параметрам спроектировано, изготовлено и прошло испытания устройство, которое при массе в снаряженном состоянии 18 кг и габаритном размере 1,45 м обеспечило требуемую. скорость, вылета снаряда, равную 90 м/с, и дальность выстреливания бросательного конца 250 м. При этом устройство обеспечило не менее четырех пусков без перезарядкибаллонаемкостью310 м при начальном давлении в баллоне 150 бар.

Для сравнения представлены данные японского аналога, опубликованные в Себо кэгаку кемкюсе хо — Rept, Fire Sci. Lab., O

16, 1979, р.41-44, в котором давление воздуха в камере объемом V = 66,3 10 м составило величина Р1 = 9,9 бар, а ствол диаметром dz = 0 108 м и длиной Iz = 0,9 имеет объем Ч2 = 8,2 10 м", что по формуле

-3 3 (4) обеспечивает КПД, равный 0,046. Устройство обеспечивает семь пусков без перезарядки от баллона емкостью 35-10 м и начальным давлением 150 бар. Сравнивая

КПД можно заключить, что эффективность использования энергии сжатого газа в заявляемой установке выше в 8,6 раза по сравнению с аналогом, что в свою очередь позволяет сократить расход запасенного сжатого газа, и следовательно, уменьшить массу и габариты устройства. Предлагаемая установка в снаряженном состоянии имеет массу 18 кг, что позволило сделать переносный вариант в отличие от аналога массой

350 кг, которая размещается на автомобильной платформе, (56) Заявка PCTW0 82/1860, кл. В 63 С 9/26, 1982, личающееся тем, что, отсекатель выполнен . в виде охватывающего направляющую колпака из упругого материала, имеющего поверхность в форме конуса, обращенного к входному отверстию, во входном отверстии выполнена ответная коиусной поверхности колпака конусная поверхность с по меньшей мере двумя кольцевыми выступами, причем диаметр наружной кромки перaoro со стороны направляющей выступа равен диаметру внутренней цилиндрической поверхности колпака, а диаметр наружной кромки последнего, примыкающего к входу в ствол выступа. равен диаметру входного отверстия.

2003367.20033á7

Составитель С. Исаков

Техред М.Моргентал Корректор А. Мотыль

Редактор

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3293

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101