Устройство для вертикального развертывания гибкого элемента

 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для снятия грозового разряда в облаке. Устройство для вертикального развертывания гибкого элемента содержит контейнер, установленный на стартовой площадке продольной осью перпендикулярно к ее поверхности. В контейнер помещен реактивный снаряд, установленный с возможностью перемещения вдоль его продольной оси. В зазоре между контейнером и снарядом уложен кольцами гибкий элемент с возможностью перемещения снаряда вдоль продольной оси укладки гибкого элемента. Гибкий элемент соединен первым концом с дном контейнера, вторым - с хвостовой частью снаряда с возможностью воздействия на него вдоль его продольной оси. Устройство может содержать дополнительный, соединенный с хвостовой частью снаряда контейнер, внутри которого уложен парашют или воздушный шар с электропроводной оболочкой и системой наполнения. При этом второй конец гибкого элемента соединен с дном дополнительного контейнера. Изобретение позволяет повысить энергетическую эффективность и упростить конструкцию устройства. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Решение относится к испытательной технике и может быть использовано для вертикального развертывания гибкого токопроводящего элемента в грозовое облако с целью снятия грозового разряда и воздействия его на объект испытания.

При проведении такого вида испытаний необходимо развертывать токопроводящий кабель значительных сечений >100 мм² на высоту до 2 км.

Известно устройство для стабилизации реактивного снаряда при полете по траектории, содержащее гибкий одиночный оттягивающий элемент, например, кабель, намотанный на катушку, установленную в задней части снаряда (см. патент 3753537, США, МПК F 42 В 15/04, опубл. 21.08.73).

Известно устройство для хранения и пуска реактивного снаряда, выбранное в качестве прототипа, содержащее контейнер с размещенным в нем реактивным снарядом, установленным с возможностью перемещения вдоль продольной оси контейнера, снаряд содержит бобину с уложенным кольцами на ней гибким элементом, один конец которого прикреплен к днищу контейнера, а второй пропущен через отверстие в хвостовой части снаряда и связан со снарядом (см. заявка ЕР 685702, МКИ 6 F 42 В-15/04, опубл. 06.12.95).

Недостатком данных устройств является низкая их эффективность при развертывании гибких элементов больших масс при заданных тяговых характеристиках реактивного снаряда. Кроме этого, наличие бобины с гибким элементом большой массы в конструкции снаряда приводит к увеличению его габаритов и массы почти на порядок, что усложняет решение поставленной задачи.

Задачей предлагаемого устройства является вертикальное развертывание гибкого элемента определенной массы и длины с минимальной энергетикой реактивного двигателя.

Технический результат: повышение эффективности устройства для вертикального развертывания гибкого элемента и его упрощение.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для вертикального развертывания гибкого элемента, содержащем контейнер, размещенные в нем реактивный снаряд, установленный с возможностью перемещения вдоль его продольной оси, гибкий элемент, уложенный кольцами и соединенный первым концом с дном контейнера, вторым - со снарядом с возможностью воздействия на него вдоль его продольной оси, контейнер установлен на стартовой площадке продольной осью перпендикулярно к ее поверхности, гибкий элемент уложен в зазоре между контейнером и снарядом с возможностью перемещения снаряда вдоль продольной оси укладки гибкого элемента.

Устройство может дополнительно содержать трубчатую направляющую, размещенную внутри контейнера между витками гибкого элемента и снарядом.

Направляющая может состоять из соосно установленных и соединенных друг с другом секций, выполненных с возможностью разъединения друг от друга после выхода снаряда из контейнера, при этом каждая из секций снабжена по крайней мере тремя направляющими выступами на внутренней поверхности.

Второй конец гибкого элемента может быть соединен с первым концом теплозащищенного или жаропрочного гибкого элемента, вторым концом соединенного с хвостовой частью снаряда с возможностью воздействия на него вдоль его продольной оси.

Устройство может содержать дополнительный контейнер, соединенный с хвостовой частью расположенного над ним снаряда с возможностью воздействия на него вдоль его продольной оси, дно дополнительного контейнера соединено с его корпусом разрушаемой при заданном усилии связью, внутри дополнительного контейнера уложен парашют или воздушный шар с системой наполнения, соединенный с дном дополнительного контейнера, купол парашюта или оболочка шара соединены дополнительной разрушаемой связью с корпусом дополнительного контейнера, гибкий элемент вторым концом соединен с центром дна дополнительного контейнера.

Купол парашюта или оболочка шара могут быть выполнены электропроводными.

От прототипа заявляемое устройство отличается тем, что, контейнер установлен на стартовой площадке продольной осью перпендикулярно к ее поверхности, гибкий элемент уложен в зазоре между контейнером и снарядом с возможностью перемещения снаряда вдоль продольной оси укладки гибкого элемента.

Устройство может дополнительно содержать трубчатую направляющую, размещенную внутри контейнера между витками гибкого элемента и снарядом.

Направляющая может состоять из соосно установленных и соединенных друг с другом секций, выполненных с возможностью разъединения друг от друга после выхода снаряда из контейнера, при этом каждая из секций снабжена по крайней мере тремя направляющими выступами на внутренней поверхности.

Второй конец гибкого элемента может быть соединен с первым концом теплозащищенного или жаропрочного гибкого элемента, вторым концом соединенного с хвостовой частью снаряда с возможностью воздействия на него вдоль его продольной оси.

Устройство может содержать дополнительный контейнер, соединенный с хвостовой частью расположенного над ним снаряда с возможностью воздействия на него вдоль его продольной оси, дно дополнительного контейнера соединено с его корпусом разрушаемой при заданном усилии связью, внутри дополнительного контейнера уложен парашют или воздушный шар с системой наполнения, соединенный с дном дополнительного контейнера, купол парашюта или оболочка воздушного шара соединены дополнительной разрушаемой связью с корпусом дополнительного контейнера, гибкий элемент вторым концом соединен с центром дна дополнительного контейнера.

Купол парашюта или оболочка воздушного шара могут быть выполнены электропроводными.

Установка контейнера на стартовой площадке продольной осью перпендикулярно к ее поверхности, размещение в контейнере реактивного снаряда, установленного с возможностью перемещения вдоль его продольной оси, гибкого элемента, уложенного кольцами в зазоре между контейнером и снарядом с возможностью перемещения снаряда вдоль продольной оси укладки гибкого элемента, соединенного первым концом с дном контейнера, вторым - со снарядом с возможностью воздействия на него вдоль его продольной оси, позволяет повысить эффективность устройства (обеспечить вертикальное развертывание гибкого элемента определенной массы и длины с минимальной энергетикой реактивного двигателя) и упростить его.

Установка внутри контейнера между витками гибкого элемента и снарядом трубчатой направляющей исключают тепловое воздействие на уложенный гибкий элемент струй реактивного снаряда и позволяет придать вертикальное направление снаряду в момент старта.

Выполнение направляющей соосно установленных и соединенных друг с другом секций, выполненных с возможностью разъединения друг от друга после выхода снаряда из контейнера, исключает защемление гибкого элемента в контейнере.

Снабжение каждой секции, по крайней мере тремя направляющими выступами на внутренней поверхности, позволяет придать вертикальное направление снаряду в момент старта и обеспечить выход продуктов горения реактивного топлива наружу в зазор между внутренней поверхностью секций и корпусом снаряда.

Соединение второго конца гибкого элемента с первым концом теплозащищенного или жаропрочного гибкого элемента, вторым концом соединенного с хвостовой частью снаряда с возможностью воздействия на него вдоль его продольной оси, исключает тепловое воздействие на гибкий элемент струй реактивного снаряда в процессе его развертывания.

Введение дополнительного контейнера, соединенного с хвостовой частью расположенного над ним снаряда с возможностью воздействия на него вдоль его продольной оси, соединение дна дополнительного контейнера с его корпусом разрушаемой при заданном усилии связью, укладка внутри дополнительного контейнера парашюта или воздушного шара с системой наполнения, соединенного с дном дополнительного контейнера, соединение купола парашюта или оболочки шара дополнительной разрушаемой связью с корпусом дополнительного контейнера, соединение гибкого элемента вторым концом с центром дна дополнительного контейнера повышает эффективность устройства (значительно повышает вероятность съема грозового разряда за счет увеличения времени нахождения гибкого элемента в грозовом облаке).

Выполнение купола парашюта или оболочки шара электропроводными повышает эффективность устройства (значительно повышает вероятность съема грозового разряда за счет увеличения площади контакта с грозовым облаком).

Изобретение поясняется чертежами: - на фиг.1 представлен разрез предлагаемого устройства; - на фиг. 2 представлен фрагмент поперечного разреза А-А предлагаемого устройства; - на фиг.3 представлен увеличенный элемент Б разреза дополнительного контейнера; - на фиг.4 представлен увеличенный элемент В разреза раскрывающегося замка.

На стартовой площадке (на фигурах не показана) продольной осью перпендикулярно к ее поверхности установлен цилиндрический контейнер 1. В контейнер 1 установлен с возможностью перемещения вдоль его продольной оси реактивный снаряд 2. В зазоре между контейнером 1 и снарядом 2 уложен кольцами в бухту гибкий элемент 3 с возможностью перемещения снаряда 2 вдоль продольной оси укладки гибкого элемента. Гибкий элемент 3, выполненный, например, из кабеля, соединен первым концом с дном контейнера 1, вторым - с хвостовой частью снаряда 2 с возможностью воздействия на него вдоль его продольной оси.

Возможно исполнение устройства, когда второй конец гибкого элемента 3 стыкуется к снаряду через дополнительный жаропрочный или теплозащищенный гибкий токопроводящий элемент 4 с минимально возможной погонной массой (в случае, если основной гибкий элемент 3 нестоек к тепловому воздействию пламени ракетного двигателя снаряда 2). Длина дополнительного гибкого элемента 4 выполняется не менее длины струй реактивного снаряда 2.

В зазоре между внутренними витками гибкого элемента 3 и снарядом может быть размещена трубчатая направляющая 5, выполненная, например, из нескольких разделяющихся после старта снаряда секций 6. Каждая секция 6 может быть выполнена в виде цилиндрической обечайки, с закрепленными внутри нее, по крайней мере, 3-мя направляющими выступами 7, и снабжена замками 8, исключающими разделение секций до старта и при наличии внутри них избыточного давления в процессе старта. При этом за счет направляющих выступов 7 между внутренней поверхностью секций 6 и корпусом снаряда 2 образуется зазор для выхода продуктов горения реактивного топлива. Замки 8 выполнены в виде перемещающихся в корпусе 9 штырей 10, возвращаемых в положение "открыто" пружинами 11. В положении "закрыто" замки фиксируются чеками 12, соединенными гибкими связями 13 с реактивным снарядом 2, выполненными, например, из стального каната.

К хвостовой части снаряда 2 может быть присоединен дополнительный контейнер 14 с возможностью воздействия на него вдоль его продольной оси. Внутри дополнительного контейнера 14 уложен парашют 15 или воздушный шар с системой наполнения, например, гелием, соединенный с дном 16 дополнительного контейнера 14. Дно 16 контейнера 14 соединено с его корпусом 17 разрушаемой при заданном усилии связью, например, разрушаемыми болтами 18. Кроме того, к центру дна 16 прикреплен вторым концом гибкий элемент 4. Купол парашюта 15 или оболочка шара выполнены электропроводными, например, путем вплетения в материал токопроводящих нитей, и электрически соединены с гибким элементом 4. Кроме того, купол парашюта 15 или оболочка шара связаны с корпусом дополнительного контейнера 14 дополнительной разрушаемой связью 19. Гибкий элемент 3 при этом вторым концом соединен с центром дна дополнительного контейнера 14. На корпус дополнительного контейнера 14 может быть нанесено теплозащитное покрытие 20.

Работает устройство в следующем порядке. Запускается реактивный двигатель снаряда 2, снаряд по направляющим выступам 7 секций 6 движется вертикально вверх и последовательно извлекает за собой жаропрочный гибкий элемент 4, а затем - основной гибкий элемент 3. Производится вертикальное развертывание гибкого элемента. Усилие связи гибкого элемента 3 прилагается при этом к хвостовой части снаряда 2 вдоль его продольной оси и стабилизирует вертикальное направление движения снаряда 2. В процессе движения снаряда 2 в контейнере 1 направляющая 5 защищает гибкий элемент 3 от теплового воздействия струй реактивного двигателя, а в зазор между внутренней поверхностью секций 6 и корпусом снаряда 2 выходят продукты горения реактивного топлива. При дальнейшем движении снаряда в зоне струй реактивного двигателя находятся жаропрочный гибкий элемент 4 и дополнительный контейнер 14, теплозащитное покрытие 20 которого исключает повреждение находящегося в нем парашюта 15 или воздушного шара. После выхода снаряда из контейнера давление внутри секций 6 падает, чеки 12 с помощью гибких связей 13 их со снарядом 2 извлекаются, замки 8 под воздействием пружин 11 открываются, и секции 6 могут свободно отделяться друг от друга. Поэтому, в случае защемления их витками гибкого элемента 3, они разделяются, увлекаются в движение и, при выходе из контейнера 1, разлетаются в стороны. Этим достигается исключение защемления гибкого элемента 3 в контейнере 1.

После вертикального развертывания гибкого элемента 3 на всю длину, он натягивается, под действием сил натяжения разрушаются болты 18, и дно 16 открывается. Далее парашют 15 или воздушный шар принудительно извлекается из контейнера 14 и вытягивается вверх на максимально возможную длину разрушаемой связью 19 с корпусом 17 дополнительного контейнера 14, после чего связь 19 разрывается. Снаряд 2 с корпусом дополнительного контейнера 14 отделяются от системы парашют - гибкий элемент, парашют 15 раскрывается или воздушный шар наполняется гелием, и гибкий элемент 3 начинает падать. При этом парашют 15 или воздушный шар уменьшают скорость падения, тем самым увеличивают время нахождения гибкого элемента в грозовом облаке, а также увеличивают площадь контакта электропроводных поверхностей с грозовым облаком в случае выполнения купола парашюта или оболочки шара электропроводными. Это значительно повышает вероятность съема грозового разряда и, соответственно, эффективность устройства.

Проведена экспериментальная проверка вертикального развертывания гибкого элемента, которая показала, что при размещении гибкого элемента вне реактивного снаряда, удается развернуть его с массой на порядок большей, чем масса снаряда, тяга которого не превышает их общий вес. То есть при использовании схемы прототипа для выполнения поставленной задачи даже без учета массы бобины и элементов крепления ее к снаряду данный реактивный снаряд не сможет вертикально двигаться. Для выполнения поставленной задачи при использовании прототипа необходимо увеличить тяговооруженность реактивного двигателя снаряда не менее чем в два раза.

Таким образом, предложенное решение позволяет повысить эффективность устройства более чем в 2 раза по энергетическим характеристикам, существенно по вероятности съема грозового разряда и упростить устройство.

Формула изобретения

1. Устройство для вертикального развертывания гибкого элемента, содержащее контейнер, размещенные в нем реактивный снаряд, установленный с возможностью перемещения вдоль его продольной оси, гибкий элемент, уложенный кольцами и соединенный первым концом с дном контейнера, вторым - с хвостовой частью снаряда с возможностью воздействия на него вдоль его продольной оси, отличающееся тем, что контейнер установлен на стартовой площадке продольной осью перпендикулярно к ее поверхности, гибкий элемент уложен в зазоре между контейнером и снарядом с возможностью перемещения снаряда вдоль продольной оси укладки гибкого элемента.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит трубчатую направляющую, размещенную внутри контейнера между витками гибкого элемента и снарядом.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что направляющая состоит из соосно установленных и соединенных друг с другом секций, выполненных с возможностью разъединения друг от друга после выхода снаряда из контейнера, при этом каждая из секций снабжена по крайней мере тремя направляющими выступами на внутренней поверхности.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй конец гибкого элемента соединен с одним концом теплозащищенного или жаропрочного гибкого элемента, вторым концом соединенного с хвостовой частью снаряда с возможностью воздействия на него вдоль его продольной оси.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит дополнительный контейнер, соединенный с хвостовой частью расположенного над ним снаряда с возможностью воздействия на него вдоль его продольной оси, дно дополнительного контейнера соединено с его корпусом разрушаемой при заданном усилии связью, внутри дополнительного контейнера уложен парашют или воздушный шар с системой наполнения, соединенный с дном дополнительного контейнера, купол парашюта или оболочка шара, соединенные дополнительной разрушаемой связью с корпусом дополнительного контейнера, гибкий элемент вторым концом соединен с центром дна дополнительного контейнера.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что купол парашюта или оболочка шара выполнены электропроводными.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4