Устройство для выстреливания бросательных концов

(19) ЮУ (51) 5 Ачсд ИЕ ИЗО ЕН ТЕН ретения: устро ельных концов метательным сн нную со стволо отсекатель и азована управл хность отсекате выступами кон 4 Р ЬЭ СМ Ф 3 Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСТРЕЛИВАНИЯБРОСАТЕЛЬНЪХ КОНЦОВ(57) Сущность изоб стреливания,бросат размещенным в нем вую камеру, соедине входного отверстия.между которыми обр а коническая повер ствует с кольцевыми ности входного отвер иство для выимеет ствол с арядом, пуском посредством направляющую, яющая полость, ля взаимодейической поверх 3 2003367Изобретение 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 М 4 799 906, кл. В 63 С 9/26) или реактивного снаряда (патент ФРГ М 3111044, кл, В 63 С 9/26, патент франции М 2 479128, 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 метательныйснаряд.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. М 253270, кл. В 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 чрезвычайных ситуациях, ВИНИТИ, Реферативный сборник, Вып, 11, М., 1990, с,83-84, или Себо кагаку кенкюсе хо, - Сайто Масаки, Котакэ Масаси Верс. Вге Яс Л.аЬ, М 16, 1979, 41- 44)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 (ЧЧО 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 длявыстреливания бросательных концов содер жит ствол с метательным снарядом, соединенный с пусковой камерой канал, входное отверстие которого перекрыто отсекателем, расположенным с возможностью перемещения на направляющей, причем между от секателем и направляющей образована управляющая полость, сообщенная магистралью через запорно-регулирующую арматуру с источником высокого давления и дренажем, причем направляющая выполне на 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 охватывающе го 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 30 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 выби рается из условия 1 - ач - " Ф % а где бк - 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 Ч 1 где т - КПД;аты, для воздух Ч 1, Чг - внутренние объемы камеры и ствола;К - 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 условия1- ч - где бк - диаметр выходного отверстия конического канала (диаметр проходного сечения клапана); бг - 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 Чг 1 Ч 1 где Ч 1, Чг - внутренние объемы камерыствола;Т - КПД устройства;К - показатель адиаба 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 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 определяться кинематической энергиейснаряда на вылете из стволагК= (1)где в - масса снаряда, включая массу линя,если линь укладывается внутри снаряда;ч - скорость снаряда на вылете из ствола,Снижение массы устройства и расходасжатого газа будет определяться коэффициентом использования потенциальной энергии сжатого газа (КПД)(2)где Р 1, Ч 1 - начальное давление и объемкамеры.Если учесть, что для достижения целиизобретения в качестве исходных задаютсявеличины К и т;, начальное давление в камере, как правило, является фиксированнойвеличиной из требований технологии илибезопасности, то величина внутреннего объема камеры определяется по формуле (2)(признак 7).Экспериментально доказано, что времяполного открытия клапана, обладающего.отличительными признаками 1 - 5, во всехслучаях 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 точностьюпозволяет считать открытие заявляемогоклапана мгновенным,При мгновенном открытии клапана вслучае, когда диаметр проходного сеченияклапана превышает .внутренний диаметрствола, это приводит только к увеличениюгабарита и веса установки. не увсличиваявыходную скорость снаряда, так как в этомслучае критическим сечением будет являться диаметр ствола, поэтому из конструктивных соображений отношение диаметрапроходного сечения клапана и внутреннемудиаметру ствола не должно превышать единицы, когда же отношение диаметра проходного сечения клапана к внутреннемудиаметру ствола меньше единицы, выполнение условия равенства текущих давленийв камере и стволе при отсутствии явлениязапирания течения газа в проходном сечении клапана во все времч разгона метательного снаряда в стволе будет выполнено приопределенном условии, что позволяет определить диапазон допустимых отношенийуказанных величин (признак 6),точке внутри камеры и ствола за снарядомравными, т,е. справедливы законы газостатики, которые позволяют получить зависимость КПД от соотношения объемовт=1 - (4) 30Ч 2) - 1Ч 1где Чг - внутренний объем ствола,Формула (4) показывает, что предложенное в прототипе соотношение Ч 1Ч 2 35соответствует области очень низких значений КПД так, что х0,242.Если вспомнить, что величина КПД задается в качестве исходной, то из формулы(4) определяется объем ствола (признак 2). 40Иэ формулы (4) следует также, что для достижения более высоких значений КПД нужно стремиться к увеличению объема стволаотносительно объема камеры,На фиг,1 и 2 изображено схематически 45устройство для выстреливания бросательных концов.Устройство содержит ствол 1 с метательным снарядом 2, соединенный с пусковой камерой 3 через конический канал 4, 50выполненный в виде конического скоса, выходное отверстие 5 перекрыто отсекателем6 в виде охватывающего направляющую 7тонкостенного конусообразного колпака,выполненного иэ упругого материала, по 55двум кольцевым выступам (уплотнениям) 8,9, Между отсекателем и направляющей образована управляющая полость 10, сообщенная магистраль с резервуаром 11 где б - диаметр выходного отверстия конического клапана (диаметр проходного сечения клапана);бз - внутренний диаметр ствола;а - скорость звука в проходном сечении клапана;ч - скорость снаряда на срезе ствола, Несоблюдение условия (3) приводит к запиранию потока газа через проходное сечение клапана, а значит к меньшей величинетекущего 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 эффективноиспользовать энергию сжатого воздухаЭкспериментально доказано, что с приемлемой для практики точностью можно считать открытие применяемОго. клапана мгновенным, а термодинамические параметры в любой момент времени в любой 5 102025 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 ь0,001 с, проходным сечением диаметра б = 0,05 м,задано давление воздуха в камере Р 1= 30 бар,задан коэффициент полезного действия т= 0,4,заданная кинетическая энергия снаряда на выходе из ствола, необходимая дляЯк = а 1 /2 = (Р 1 Яг/т) 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, чемФормула изобретения45 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСТРЕЛИВАНИЯ БРОСАТЕЛЬНЫХ 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-50 55 достижения требуемой дальности и высотыполета при известной массе снаряда гп = 2кг, определяется скоростью на выходе изствола ч = 90 м/с.Диаметр ствола ограничивается размером. определяемы 1 м условием (3)сгяк(ак/ч) г = 0,05(340/90) г = 0,097м (выбрано = 0,097)Объем камеры высокого давления определяется из соотношения (2)Ч 1 = ф - 1) п 1 ч /(2 г Р 1) = 1,4 - 1) 2 90 г/(20,4 30 10) =2,7 10 з мз.Принято Ч 1 = 3 10, что дает возможность понизить рабочее давление при томже КПД,В нутренний объем ствола определяетсяиз соотношения (4)Чг/Ч 1 =1/(1 -г)/(") -1 =1/(1 - 0,4)г 51=2,59, 20Из конструктивных соображений принято 01 = бг (ствол и камера изготовлены изодинаковой трубы), а также незначительноуменьшено отношение Чг/Ч 1 = 2,5, что позволило понизить габаритный размер,Определены длины камеры и ствола1 = Ч 1/51 = 310 /(3,14 0,097 /4) = 0,4ммг = Чг/Яг = 7,510 /(3,14 0,097 /4) = 1,0м, что позволило с помощью формулы (4) 30уточнить КПДт = 1 - 1/(1 + Чг/Ч 1) = 0,394 и с помощью формулы (2) уточнить давление в камереР 1 = (К - 1) п 1 ч /(2 т Ч 1) = 27,4 бар, 35Максимально возможный путь, которыйможет пройти снаряд до полного открытияклапана, определен по формуле Р 1. Однако даже в этом предельном случае неработающая часть ствола составит долю ЯИг = 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 перезарядкибаллонаемкостью 310 м при начальном давлении в баллоне 150 бар.Для сравнения представлены данные японского аналога, опубликованные в Себо кэгаку кемкюсе хо - Яер 1, Еге Яс 1, ЕаЬ., В 16, 1979, р,41-44, в котором давление воздуха в камере объемом Ч 1 = 66,3 10 м составило величина Р 1 = 9,9 бар, а ствол диаметром бг.= 0,108 м и длиной 1 г = 0,9 имеет обьем Чг = 8,2 10 м", что по формуле(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 РСТчЧО 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 конусной поверхности колпака конусная поверхность с по меньшей мере двумя кольцевыми выступами, причем диаметр наружной кромки первого 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,е.20033 б 7 Составитель С. ИсаковТехред М.Моргентал Кор Реда А. Мотыл Тираж Подписн НПО "Поиск" Роспатента 113035, Москва, Ж-Э 5, Раушская наб., 4/5