Композитный бак повышенной живучести с волоконно-оптической системой

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам защиты баков. Композитный бак для ядовитых и агрессивных жидкостей предназначен для предотвращения значительных проливов токсичных компонентов в случае сквозного пробития стенок, в том числе высокоскоростными кинетическими ударниками (пулями, осколками и т.п.). Сущность изобретения заключается в том, что композитный бак состоит из двух композитных оболочек и твердой смазки между ними. Он содержит устройства вращения, ЭВМ, источник питания, а также снабжен генератором и приемником световых импульсов, соединенных между собой волоконно-оптическими линиями связи. Волоконно-оптические линии вводятся в состав стенки внутренней композитной оболочки путем намотки по срединной поверхности. Ряд волоконно-оптических линий расположен в композите эквидистантно вдоль оси вращения бака. Одни концы волоконно-оптических жил собраны в пучок на днище внутренней композитной оболочки и оптически соединены с генератором световых импульсов, другие концы волоконно-оптических жил собраны в пучок на противоположном днище внутренней композитной оболочки и оптически соединены с приемником световых импульсов. Техническим результатом является повышение экологической безопасности при транспортировке ядовитых и токсичных жидкостей. 4 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к специальному машиностроению, а именно к устройствам предотвращения проливов агрессивных, ядовитых и 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, ядовитых и токсичных жидкостей из различных емкостей, основанных на принципе отбора кинетической энергии, изготовленных 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 и своевременной остановки течи, а также низкие эксплуатационные характеристики, ввиду недостаточной живучести бака с агрессивной или ядовитой 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 и ядовитыми жидкостями, в условиях прогнозируемого воздействия по ним высокоскоростных кинетических ударников.

Задача предотвращения пролива агрессивной, токсичной или ядовитой жидкости из пробитого бака может быть решена следующим образом:

Композитный бак 1 для агрессивной, токсичной или ядовитой жидкости, показанный схематично на фиг.1-3, состоит из двух композитных оболочек 2, 3 и твердой смазки 4 между ними, содержит волоконно-оптические линии связи 5 на срединной поверхности внутренней композитной оболочки 3, снабжен генератором 6 и приемником 7 световых импульсов, соединенных между собой волоконно-оптическими линиями связи 5, устройствами вращения 8, соединенными с ЭВМ 9, источником питания 10.

Волоконно-оптические линии связи 5 вводятся в состав стенки внутренней композитной оболочки 3 путем намотки по срединной поверхности. Причем ряд волоконно-оптических линий связи 5 расположен в композите эквидистантно вдоль оси вращения бака 1. Одни концы волоконно-оптических линий связи собраны в пучок на днище внутренней композитной оболочки 3 и оптически соединены с генератором 6 световых импульсов, другие концы волоконно-оптических линий связи собраны в пучок на противоположном днище внутренней композитной оболочки и оптически соединены с приемником 7 световых импульсов. В качестве смазки 4, находящейся между композитными оболочками 2, 3, используется сухая графитовая смазка OKS 536.

Работа данного композитного бака 1 с волоконно-оптической системой происходит следующим образом:

- при отсутствии повреждении волоконно-оптических линий связи 5 оптический рефлектометр определяет целостность системы путем отслеживания непрерывности световых импульсов, посылаемых генератором 6 и принимаемых приемником 7 световых импульсов, а значит и целостность композитного бака 1;

- при пробитии внутренней стенки композитного бака осколком, пулей или иным кинетическим ударником, нарушается передача оптического импульса по одному или нескольким многомодовым волоконно-оптическим жилам, расположенным в композите эквидистантно вдоль оси вращения бака, что фиксируется оптическим рефлектометром. Световые импульсы от генератора 6 к приемнику 7 продолжают поступать за исключением импульсов, проходивших по рядам (n_i). Данная информация обрабатывается ЭВМ 9, при этом определяется сектор повреждения в окружном направлении. ЭВМ подает сигнал-команду на устройства вращения композитных оболочек 2, 3. Устройства вращения проворачивают внутреннюю оболочку 3 относительно внешней 2 на вычисленный угол с дополнительным запасом, при этом повреждение перекрывается.

Положительный эффект состоит в высокой эффективности предотвращения значительных проливов агрессивных, ядовитых и токсичных жидкостей при применении известных материалов и технических устройств без значительного увеличения веса бака в целом.

Предлагаемый композитный бак повышенной живучести с волоконно-оптической системой позволяет значительно уменьшить проливы агрессивных, ядовитых и токсичных жидкостей при пробитии стенок пулями, осколками и 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 №2120599 на изобретение. Устройство для защиты железнодорожной цистерны.

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.

Композитный бак для ядовитых и агрессивных жидкостей, состоящий из двух композитных оболочек и твердой смазки между ними, отличающийся тем, что он снабжен генератором и приемником световых импульсов, соединенными между собой волоконно-оптическими линиями связи, расположенными во внутренней стенке внутренней оболочки вдоль образующей, компьютером, устройствами вращения композитных оболочек, источником питания и оптическим рефлектометром для непрерывного тестирования волоконно-оптических линий, расположенных во внутренней композитной оболочке эквидистантно оси вращения бака, причем одни концы волоконно-оптических линий собраны в пучок на днище внутренней оболочки и оптически соединены с генератором световых импульсов, а другие концы волоконно-оптических линий собраны в пучок на противоположном днище внутренней оболочки и оптически соединены с приемником световых импульсов, при этом в качестве волоконно-оптических линий используются многомодовые оптические волокна.