Композиционный бак для агрессивной жидкости повышенной живучести с волоконно-оптической матрицей

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам защиты баков. Композиционный бак для агрессивной жидкости содержит волоконную матрицу, снабжен генератором и приемником световых импульсов, соединенных между собой волоконной матрицей из оптически прозрачного материала. Один ряд оптических волокон расположен в композите эквидистантно вдоль оси вращения бака, а другой ряд оптических волокон расположен эквидистантно по одновитковым винтовым линиям. Одни концы оптических волокон собраны в пучок на днище бака и оптически соединены с генератором световых импульсов, другие концы оптических волокон собраны в пучок на противоположном днище бака и оптически соединены с приемником световых импульсов. На внутренних стенках днищ бака установлены манипуляторы, соединенные с гидронасосами, компьютером и источником питания. Манипуляторы соединены с основаниями телескопических выдвижных штанг, концы которых снабжены фторопластовыми щитами в форме сегмента стенки бака. В качестве рабочей жидкости телескопических выдвижных штанг используется транспортируемая агрессивная жидкость, подаваемая из бака в полости телескопических выдвижных штанг гидронасосами. Изобретение повышает экологическую безопасность при транспортировке агрессивных жидкостей, в том числе при пробитии стенок. 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к специальному машиностроению, а именно к устройствам предотвращения проливов агрессивных, токсичных жидкостей из различных емкостей, перевозимых железнодорожным, автомобильным, авиационным транспортом, а также баков космических аппаратов в случае пробития их пулями, осколками или микрометеоритами. Эта проблема достаточно актуальна в связи с ростом объемов перевозок опасных грузов, реальностью террористических угроз, а также обеспечением безопасности полетов летательных аппаратов.

Известно использование устройств предотвращения проливов агрессивных, токсичных жидкостей из различных емкостей, основанных на принципе отбора кинетической энергии, изготовленные из броневой стали, многослойных композиционных - металлических или волокнистых органических и неорганических материалов [1, 2].

Известны способы измерения физических параметров объектов, в том числе целостности, основанные на применении волоконно-оптических датчиков [3-6].

Недостатками известных устройств являются невысокая эффективность обнаружения места или координаты пробоины бака, также низкие эксплуатационные характеристики ввиду недостаточной живучести бака с агрессивной жидкостью в случае его сквозного пробития пулей, осколком или микрометеоритом.

При этом в технике зачастую возникает потребность с высокой надежностью обеспечить живучесть объектов, имеющих в своем составе баки с агрессивными, токсичными жидкостями, в условиях прогнозируемого воздействия по ним высокоскоростных кинетических ударников.

Задача предотвращения пролива агрессивной, токсичной жидкости из пробитого бака может быть решена следующим образом.

Композиционный бак 1 для агрессивной жидкости, показанный схематично на фиг.1-3, содержит волоконную матрицу 2, снабжен генератором 3 и приемником 4 световых импульсов, соединенных между собой волоконной матрицей из оптически прозрачного материала, устанавливаемыми на внутренних стенках днищ 5 бака 1, манипуляторами 6, соединенными с ними гидронасосами 7, компьютером 8, источником питания 9, связанным с последним, соединенными с манипуляторами 6 телескопическими выдвижными штангами 10. Концы телескопических выдвижных штанг 10 снабжены фторопластовыми щитами 11 в форме сегмента бака. Один ряд оптических волокон 12 расположен в композите эквидистантно вдоль оси вращения бака, а другой ряд оптических волокон 13 расположен эквидистантно по одновитковым винтовым линиям. Одни концы оптических волокон собраны в пучок на днище 5 бака 1 и оптически соединены с генератором 3 световых импульсов, другие концы оптических волокон собраны в пучок на противоположном днище 5 бака 1 и оптически соединены с приемником 4 световых импульсов.

В качестве рабочей жидкости телескопических выдвижных штанг 10 использована транспортируемая агрессивная жидкость, подаваемая из бака в полости телескопических выдвижных штанг 10 гидронасосами 7.

Работа данного композиционного бака с волоконно-оптической матрицей происходит следующим образом: при отсутствии повреждений волоконно-оптической матрицы 2 телескопические выдвижные штанги 10 расположены внутри композиционного бака 1 вдоль его продольной оси (фиг.1). При этом фторопластовые щиты 11 в форме сегмента бака прижаты друг к другу, обеспечивая дополнительную жесткость конструкции.

В случае сквозного пробития стенки бака 1 нарушается целостность нескольких (m_i) оптических волокон 12 из ряда, расположенного в композите эквидистантно вдоль оси вращения бака, также нескольких (n_i) оптических волокон 13 из ряда, расположенного эквидистантно по одновитковым винтовым линиям. Световые импульсы от генератора 3 к приемнику 4 продолжают поступать за исключением импульсов, проходившим по рядам (m_i) и (n_i). Компьютер 8 выдает команду на манипулятор 6, ближайший к отверстию, для разворота телескопических выдвижных штанг 10 на углы β и γ (фиг.2, 3) соответственно поврежденным рядам волокон (m_i) и (n_i). По окончании угловых разворотов телескопических выдвижных штанг 10 компьютер 8 выдает команду на включение соответствующего гидронасоса 7. Телескопические выдвижные штанги 10 заполняются рабочей жидкостью, в качестве которой используется агрессивная транспортируемая жидкость, и выдвигаются до упора фторопластовыми щитами 11 в форме сегмента бака в поврежденное место стенки бака 1, останавливая течь. Другая телескопическая выдвижная штанга находится в резерве, например, восстанавливая механическое равновесие системы.

Положительный эффект состоит:

- в высокой эффективности предотвращения значительных проливов токсичных жидкостей при применении известных материалов и технических устройств и незначительном приращении веса бака в целом.

Предлагаемый композиционный бак для агрессивной жидкости повышенной живучести с волоконно-оптической матрицей позволяет значительно уменьшить проливы токсичных жидкостей при пробитии стенок пулями, уменьшить последующее опасное воздействие транспортируемых грузов на окружающую среду, а при движении в автономном полете в составе, например, межпланетной станции - автоматически сохранить основной запас топлива или газа при повреждении стенок бака микрометеоритом.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2230282 на изобретение "Электромагнитное защитное устройство".

2. "Цистерны", Устройство, эксплуатация, ремонт, Справочное пособие, М., Транспорт, 1990.

3. Волоконная оптика в авиационной и ракетной технике. Под ред. Рождественского Ю.В., Вейберга В.Б., Сатарова Д.Н. - М.: Приборостроение, 1977.

4. Волоконно-оптические системы передачи и кабели. Справочник. Под ред. Гроднева И.И., Мурадяна А.Г., Шарафуддинова P.M., и др. - М.: Радио и связь, 1993.

5. Окоси Т. и др. Волоконно-оптические датчики. Пер с япон. - Л., Энергоатомиздат, 1990.

6. Патент РФ №2142115 на изобретение "Волоконно-оптическая система измерения физических параметров".

Композиционный бак для агрессивной жидкости, содержащий волоконную матрицу, отличающийся тем, что он снабжен генератором и приемником световых импульсов, соединенных между собой волоконной матрицей из оптически прозрачного материала, устанавливаемыми на внутренних стенках днищ бака, манипуляторами, соединенными с ними гидронасосами, компьютером, источником питания, связанным с последним, соединенными с манипуляторами телескопическими выдвижными штангами, концы которых снабжены фторопластовыми щитами в форме сегмента бака, один ряд оптических волокон расположен в композите эквидистантно вдоль оси вращения бака, а другой ряд оптических волокон расположен эквидистантно по одновитковым винтовым линиям, одни концы оптических волокон собраны в пучок на днище бака и оптически соединены с генератором световых импульсов, другие концы оптических волокон собраны в пучок на противоположном днище бака и оптически соединены с приемником световых импульсов, в качестве рабочей жидкости телескопических выдвижных штанг использована транспортируемая агрессивная жидкость, подаваемая из бака в полости телескопических выдвижных штанг гидронасосами.