Газораспределительное устройство

Изобретение относится к системе управления летательными аппаратами, а именно к газореактивным системам, и предназначено для управления ракетами и реактивными снарядами. Газораспределительное устройство содержит электромагнит, газовый усилитель мощности типа «сопло-заслонка» с входными и выходными дросселями и силовой цилиндр с поршнем. В поршне выполнено цилиндрическое отверстие. Это отверстие проходит через центр поршня перпендикулярно продольной оси. В упомянутом отверстии расположен сферический хвостовик поворотного клапана. Рабочие поверхности поворотного клапана выполнены цилиндрическими, а их оси наклонены под углом к продольной оси клапана. Входной и выходной дроссели усилителя мощности выполнены разных диаметров. Отношение диаметра входного дросселя к диаметру выходного дросселя не менее 0,727. Изобретение позволяет за счет выбора рациональных конструктивных параметров обеспечить максимальную мощность газораспределительного устройства. 1 ил.

 

Изобретение относится к системе управления летательными аппаратами, а именно к газореактивным системам, и может быть использовано для управления ракетами и реактивными снарядами.

Для управления реактивными снарядами и ракетами широко используются многокаскадные газореактивные системы. В этих системах одним из первых каскадов усиления является газораспределительное устройство (см., например, патент РФ №2089451). Это устройство содержит электромагнит, газовый усилитель мощности типа «сопло-заслонкам с входными и выходными дросселями и силовой цилиндр с поршнем, взаимодействующим с поворотным клапаном. Недостатком этого устройства является то, что клапан при повороте неплотно перекрывает каналы, а это приводит к утечке газа. Отсутствие шарнирного соединения между поршнем и клапаном часто приводит к отказу.

Задачей данного технического решения являлась разработка двухкаскадного газораспределительного устройства с целью повышения его мощности.

Общими признаками с предлагаемым авторами устройством является наличие электромагнита, газового усилителя мощности типа «сопло-заслонка» с входными и выходными дросселями и силового цилиндра, взаимодействующего с поворотным клапаном.

Указанных недостатков лишено газораспределительное устройство, описанное в патенте РФ №2232285. Оно является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому газораспределительному устройству и принято за прототип.

Это устройство содержит электромагнит, газовый усилитель мощности типа «сопло-заслонка» с входными и выходными дросселями и силовой цилиндр с поршнем. В поршне выполнено цилиндрическое отверстие, проходящее через его центр перпендикулярно продольной оси, в котором расположен сферический хвостовик поворотного клапана, рабочие поверхности которого цилиндрические, а их оси наклонены под углом.

Сферический хвостовик клапана обеспечивает шарнирное соединение его с поршнем, повышая тем самым надежность работы устройства. Выполнение другого конца клапана в виде двух цилиндрических поверхностей с наклоном их осей вращения к продольной оси поворотного клапана под углом обеспечивает надежное перекрытие каналов, исключая тем самым утечку газа.

Таким образом, данное техническое решение решает задачу повышения надежности и стабильности работы.

Общими признаками с предлагаемым авторами газораспределительным устройством является наличие электромагнита, газового усилителя мощности типа «сопло-заслонка» с входными и выходными дросселями и силового цилиндра с поршнем, в котором выполнено цилиндрическое отверстие, проходящее через его центр перпендикулярно продольной оси, в котором расположен сферический хвостовик поворотного клапана, рабочие поверхности которого цилиндрические, а их оси наклонены под углом.

В известном газораспределительном устройстве диаметры входных и выходных дросселей газового усилителя выполнены одинаковыми, что приводит к потере мощности. Известно, что силовой цилиндр с газораспределителем типа «сопло-заслонка» отдает наибольшую мощность при сверхкритическом втекании газа в обе его запоршневые полости (см. сборник "Пневматические приводы и системы управления", М.: Наука, 1971, стр.52), то есть отношение давления в полости силового цилиндра к давлению на входе должно быть не более критического значения, которое равно

где k - показатель адиабаты (см. И.Д.Иров и др. Газодинамические функции, М.: Машиностроение, 1965, стр.7).

В отличие от прототипа в предлагаемом авторами газораспределительном устройстве входной и выходной дроссели выполнены разных диаметров, при этом отношение диаметра входного дросселя к диаметру выходного дросселя не менее 0,727.

Именно это позволяет сделать вывод о наличии причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого технического решения и достигаемым техническим результатом.

Указанные признаки, отличительные от прототипа и на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, во всех случаях достаточны.

Задачей предлагаемого изобретения является создание газораспределительного устройства, силовой цилиндр которого обеспечивает максимальную мощность.

При критическом и сверхкритическом течении газа отношение давления в полости силового цилиндра к давлению на входе равно отношению площадей входного дросселя к выходному (см. сборник Труды преподавателей и слушателей тульского городского университета научно-технических знаний, Выпуск 28 «Вопросы оптимизации и автоматизации конструкторских работ» Тула: ТПИ, 1975, стр.32), то есть равно отношению квадратов диаметров этих дросселей. Отсюда следует, что отношение диаметров входного дросселя к выходному должно быть менее или равно

Поэтому выполнение входных и выходных дросселей газового усилителя мощности типа «сопло-заслонка» разных диаметров, отношение которых не менее 0,727, позволяет обеспечивать критическое втекание газа в обе запоршневые полости силового цилиндра при различных значениях показателя адиабаты как для воздуха, так и для всех марок порохов, используемых для получения горячего газа в качестве рабочего тела в газораспределительных устройствах, что обеспечивает максимальную мощность силового цилиндра газораспределительного устройства.

Сравнение известных газораспределительных устройств с предлагаемым показало, что существенные признаки, отличающие его от прототипа (выполнение входных и выходных дросселей разных диаметров, а отношение диаметра входного дросселя к диаметру выходного дросселя не менее 0,727) не известны, т.е. предлагаемое устройство обладает неизвестной совокупностью признаков.

Сущность изобретения заключается в том, что в газораспределительном устройстве, содержащем электромагнит, газовый усилитель мощности типа «сопло-заслонка» с входными и выходными дросселями и силовой цилиндр с поршнем, в котором выполнено цилиндрическое отверстие, проходящее через его центр перпендикулярно продольной оси, в котором расположен сферический хвостовик поворотного клапана, рабочие поверхности которого цилиндрические, а их оси наклонены под углом, входной и выходной дроссели выполнены разных диаметров, при этом отношение диаметра входного дросселя к диаметру выходного дросселя не менее 0,727.

На чертеже изображено предлагаемое газораспределительное устройство.

Газораспределительное устройство содержит электромагнит 1, газовый усилитель мощности типа «сопло-заслонка» 2 и силовой цилиндр 3, поворотный клапан 4, входной канал 5 и два выходных канала 6.

Электромагнит 1 содержит две катушки 7, два магнитопровода 8 и поворотный якорь 9.

Газовый усилитель мощности 2 состоит из двух входных дросселей 10 и двух выходных дросселей 11, соединенных между собой попарно каналами 12. Входные дроссели 10 имеют общую камеру 13, соединенную с входным каналом 5.

Силовой цилиндр 3 содержит поршень 14, в котором выполнено отверстие 15, и две запоршневые полости 16, каждая из которых связана с усилителем мощности каналами 12.

Поворотный клапан 4 содержит сферический хвостовик 17, две рабочие поверхности 18 и вращается на оси 19.

Газораспределительное устройство работает следующим образом.

Рабочее тело, которым является горячий пороховой газ, поступает во входной канал 5, из которого попадает в камеру усилителя мощности 13, а через входные дроссели 10 в каналы 12, связанные с выходными дросселями 11 и запоршневыми полостями 16.

При подаче напряжения на одну из катушек 7, например правую, якорь 9 притягивается к правому магнитопроводу 8, поворачиваясь по часовой стрелке, открывает правый и закрывает левый выходные дроссели 11. При этом давление в левой запоршневой полости 16 повышается, а в правой полости 16 понижается, и поршень 14 под действием перепада давлений начинает перемещаться вправо, взаимодействуя со сферической головкой 17 поворотного клапана 4, поворачивает его по часовой стрелке. Клапан 4 своей левой цилиндрической поверхностью 18 закрывает доступ газа из входного канала 5 в левый выходной канал 6, оставляя открытым правый выходной канал 6.

При снятии напряжения с правой катушки 7 и подаче его на левую катушку 7 якорь 9 притягивается к левому магнитопроводу 8, поворачиваясь против часовой стрелки, открывает левый и закрывает правый выходные дроссели 11. При этом давление в правой запоршневой полости 16 повышается, а в левой полости 16 понижается, и поршень 14 под действием перепада давлений начинает перемещаться влево, поворачивая клапан 4 против часовой стрелки. Клапан 4 своей правой цилиндрической поверхностью 18 закрывает доступ газа из входного канала 5 в правый выходной канал 6, оставляя открытым левый выходной канал 6.

Таким образом осуществляется распределение газа по выходным каналам 6. При этом силовой цилиндр 3 развивает максимальную мощность, так как втекание газа в запоршневые полости 16 является критическим или сверхкритическим из-за того, что отношение диаметров входного дросселя 10 и выходного дросселя 11 менее или равно 0,727.

В настоящее время предлагаемое газораспределительное устройство применено в системе управления снарядом одного из комплексов реактивных систем залпового огня.

Газораспределительное устройство, содержащее электромагнит, газовый усилитель мощности типа «сопло-заслонка» с входными и выходными дросселями и силовой цилиндр с поршнем, в котором выполнено цилиндрическое отверстие, проходящее через его центр перпендикулярно продольной оси, в котором расположен сферический хвостовик поворотного клапана, рабочие поверхности которого цилиндрические, а их оси наклонены под углом, отличающееся тем, что в нем входной и выходной дроссели усилителя мощности выполнены разных диаметров, при этом отношение диаметра входного дросселя к диаметру выходного дросселя не менее 0,727.