PL235817B1 - Pirotechniczny mechanizm zwalniający - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest pirotechniczny mechanizm zwalniający, przeznaczony do odłączenia połączonego z nim członu po przekroczeniu zadanej siły osiowej, zwłaszcza do zwalniania mechanizmu powstrzymującego ruch rakiety znajdującej się na prowadnicy stanowiska startowego przed osiągnięciem ustalonej wartości ciągu.

Z opisu patentowego GB2146415 znana jest wyrzutnia rakietowa z urządzeniem do zwalniania rakiety podczas uruchamiania, zawierająca liniowe prowadnice z osadzonym suwliwie wózkiem i obrotowe ramię sprzęgające rakietę z wózkiem. Ramię podparte jest jednym końcem o wybranie w zewnętrznej strukturze rakiety a drugim o rygiel zamocowany do wózka. W skład urządzenia wchodzi wysuwany element dociskowy utrzymujący rakietę w stałym położeniu, zamocowany do stanowiska wyrzutni za wózkiem. Podczas startu element dociskowy przytrzymujący rakietę jest wycofywany, a rakieta przemieszcza się wraz z wózkiem w liniowych prowadnicach aż do odblokowania ramienia w wyniku zwolnienia rygla. Długość drogi przebytej przez rakietę w prowadnicach urządzenia startowego od zwolnienia docisku do odryglowania ramienia blokującego jest zaprojektowana tak, aby wystarczyła do właściwego wystrzelenia rakiety.

Niektóre konstrukcje rakiet wymagają kontrolowanej sekwencji odpalania, w tym zwolnienia z wyrzutni przy ściśle określonych warunkach. W większości przypadków podyktowane jest to kwestiami bezpieczeństwa lub aspektami technicznymi związanymi ze specyfiką pracy - uruchamiania silników rakietowych. Rakieta na wyrzutni, lub ogólniej na stanowisku startowym, jest utrzymywana na nim mechanicznie nie tylko przed startem, ale także w trakcie uruchamiania. System kontrolujący proces startu działa w pętli zamkniętej, to znaczy steruje startem na podstawie bieżąco zbieranych sygnałów pom iarowych. Niezależnie od konstrukcji mechanizmu trzymającego oraz sposobu realizacji procesu startu, na końcu procesu startu, po osiągnięciu założonej siły ciągu, musi nastąpić zwolnienie rakiety, o ile przed jej zwolnieniem nie zaistniały nieprawidłowości powodujące przerwanie tego procesu. Ważne jest przy tym, aby zwolnienie rakiety nastąpiło szybko i niezawodnie.

W technice lotniczej, rakietowej i satelitarnej stosuje się wiele mechanizmów rozłączanych przy użyciu ładunków pirotechnicznych.

Z patentu EP2566758 znane jest urządzenie do szybkiego rozdzielania dwóch połączonych elementów konstrukcyjnych pod wpływem ciśnienia gazów prochowych. Korpus urządzenia składa się z dwóch połączonych gwintowo części, pokrywy i podstawy. W górnej części korpusu jest umieszczony ładunek pirotechniczny nad komorą rozprężną. Dolna część ma kołnierz połączony śrubowo z pierwszym elementem. W dolnej części jest osadzona współosiowo tuleja wewnętrzna, w której zamocowana jest segmentowana wzdłużnie nakrętka. Komora rozprężna jest połączona z komorą napędową tulei wewnętrznej za pośrednictwem komory tłumiącej opóźniającej przemieszczenie tulei wewnętrznej po zadziałaniu ładunku pirotechnicznego. Między komorą tłumiącą a nakrętką jest zamocowany tłok z popychaczem. Między stopką popychacza a tuleją wewnętrzną jest zamocowana sprężyna utrzymująca tuleję wewnętrzną w górnym położeniu. W nakrętkę jest wkręcona śruba montażowa mocująca drugi element. Pod wpływem ciśnienia gazów prochowych w komorze napędowej następuje przesunięcie wewnętrznej tulei i rozdzielenie segmentów nakrętki, a tym samym uwolnienie śruby montażowej.

Z patentu US8171839 znany jest pirotechniczny łącznik śrubowy wielokrotnego użytku przenoszący siły osiowe, złożony z dwuczęściowej osłony wypełnionej ładunkiem pirotechnicznym, łączącej dwie przeciwległe śruby. Obie części osłony są połączone elementem zatrzaskowym zwalnianym pod wpływem ciśnienia gazów prochowych po zdetonowaniu ładunku pirotechnicznego.

Inne urządzenie zwalniające z detonatorem elektrycznym przedstawione jest w opisie patentowym CN101875404. Urządzenie składa się z tulei zewnętrznej, w której jest osadzony tarczowy tłok uszczelniony na obwodzie uszczelkami typu o-ring, oraz z tulei wewnętrznej z gwintowanym końcem zewnętrznym, w której osadzony jest walcowy suwak z trzonem o mniejszej średnicy oparty o tłok. W tym położeniu suwak wraz z tuleją wewnętrzną jest zamocowany nieprzesuwnie w tulei zewnętrznej za pomocą kołka o osi prostopadłej do osi wzdłużnej urządzenia. Ponadto tuleja wewnętrzna ma trzy elementy klinowe osadzone promieniowo na jej obwodzie, blokujące jej poosiowe przemieszczenie w tulei zewnętrznej. Po przeciwnej stronie tłoka jest wkręcony współosiowo w tuleję zewnętrzną detonator elektryczny z zewnętrznym uchwytem montażowym. Ruch suwaka wymuszony przez tłok w momencie uruchomieniu detonatora powoduje ścięcie kołka wewnątrz tulei wewnętrznej. W wyniku przemieszczenia suwaka w tulei wewnętrznej następuje uwolnienie elementów klinowych i odłączenie tulei

PL 235 817 B1 wewnętrznej wraz z suwakiem. Rozwiązanie to umożliwia natychmiastowe odłączenie pocisku rakietowego lub innego członu połączonego z gwintowanym końcem tulei wewnętrznej, w wyniku przesunięcia tarczowego tłoka pod wpływem naporu gazów prochowych detonatora.

Celem wynalazku jest opracowanie pirotechnicznego mechanizmu zwalniającego wielokrotnego użytku przenoszącego siły osiowe, zapewniającego odłączenie połączonego z nim członu po przekroczeniu zadanej siły osiowej.

Pirotechniczny mechanizm zwalniający, złożony z dwuczęściowego, łączonego śrubowo korpusu, tłoka osadzonego w cylindrze wykonanym w górnej części korpusu, trzpienia tłoka osadzonego w dolnej części korpusu za pośrednictwem tulei wewnętrznej, łącznika przenoszącego obciążenie osiowe, którego końcówka jest zamocowana w dolnej części korpusu poniżej trzpienia tłoka, elementu ścinanego blokującego łącznik w dolnej części korpusu, oraz pironaboju zamocowanego w górnej części korpusu nad cylindrem, według wynalazku charakteryzuje się tym, że element ścinany stanowi wymienny pierścień osadzony w podstawie przelotowego gniazda wykonanego w osi dolnej części, zamocowany do końcówki łącznika nakrętką i unieruchomiony przez tuleję wewnętrzną wkręconą w przelotowe gniazdo, przy czym w osi górnej części jest wykonany gwintowany otwór montażowy, a pironabój jest wkręcony w gwintowany kanał dolotowy wykonany ukośnie do tej osi.

Korzystnym jest, jeżeli dolna część cylindra jest zaopatrzona w kanaliki odpowietrzające wykonane promieniowo w górnej części korpusu.

Urządzenie według wynalazku ma prostą i zwartą konstrukcję, która zapewnia samoczynne zadziałanie pirotechnicznego mechanizmu zwalniającego po przekroczeniu zadanej siły osiowej działającej na wymienny pierścień. Następuje to w wyniku przekroczenia wytrzymałości pierścienia lub w wyniku detonacji pironaboju. Zadana siła osiowa może być wyznaczona w zależności od potrzeb poprzez zmianę grubości wymiennego pierścienia. Detonacja pironaboju może być inicjowana samoczynnie przez sygnał wyzwalający z czujnika siły osiowej przenoszonej przez korpus, lub sygnał wyzwalający z urządzenia mierzącego siłę ciągu rakiety na stanowisku startowym. Zapewnia to utrzymanie mechanizmu powstrzymującego ruch rakiety w stanie zablokowanym aż do podania sygnału wyzwalającego, lub do przekroczenia zadanej siły wyznaczonej poprzez grubość wymiennego pierścienia. Konstrukcja urządzenia zapewnia jego gotowość do ponownego użycia po wymianie elementu ścinanego. Urządzenie może także znaleźć zastosowanie wszędzie tam, gdzie istnieje potrzeba pewnego i natychmiastowego odłączenia ładunku lub innego obciążenia, na przykład do awaryjnego zwalnianie zawiesi albo odcinania lub uwalnianie spadochronów.

Wynalazek jest objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat montażowy urządzenia, fig. 2 przedstawia urządzenie w przekroju osiowym, fig. 3 przedstawia urządzenie z fig. 2 po ścięciu wymiennego pierścienia w wyniku naporu tłoka, a fig. 4 przedstawia fragment belki startowej z mechanizmem blokującym ruch rakiety w perspektywie.

Jak przedstawiono na fig. 1-3, pirotechniczny mechanizm zwalniający (PMZ) ma dwuczęściowy korpus 8 złożony z dwóch połączonych śrubowo części 81,82, dolnej i górnej. Wewnątrz górnej części 82 jest wykonany cylinder, w którym jest osadzony tłok 83 uszczelniony na obwodzie uszczelką typu oring. Dolna części cylindra jest zaopatrzona w kanaliki odpowietrzające wykonane promieniowo w górnej części 82 korpusu 8, co pozwala na wyrównanie ciśnienia w cylindrze po tłokiem 83. W osi górnej części 82 jest wykonany gwintowany otwór montażowy, a ukośnie do osi jest wykonany gwintowany kanał dolotowy, w który jest wkręcony od zewnątrz pironabój 88. Otwór montażowy pozwala na przykręcenie korpusu 8 urządzenia PMZ do innego członu lub do urządzenia do pomiaru siły osiowej. Do górnej powierzchni tłoka 83 jest przymocowany mniejszy pierścień oporowy zapewniający dystans między tłokiem 83 a górną ścianką cylindra. W osi dolnej części 81 jest wykonane współosiowo przelotowe gniazdo z pierścieniowym uskokiem w jego podstawie, na którym jest podparty wymienny pierścień 85. Powyżej pierścienia 85 w przelotowe gniazdo jest wkręcona tuleja wewnętrzna 84, która unieruchamia pierścień 85 poprzez docisk do podstawy gniazda. W tulei wewnętrznej 84 jest osadzony ślizgowo trzon tłoka 83. W podstawie gniazda jest osadzony łącznik 86 z gwintowaną końcówką przechodzącą przez otwór w pierścieniu 85. Pierścień 85 jest zamocowany do końcówki łącznika 86 nakrętką 87, na której jest podparty trzpień tłoka 83. W tym położeniu łącznik 86 jest zablokowany przez pierścień 85. Pierścień 85 jest elementem ścinanym po przekroczeniu zadanej siły osiowej przenoszonej przez urządzenie. Następuje to samoczynnie po przekroczeniu wytrzymałości pierścienia 85 na ścinanie, albo w wyniku ruchu tłoka 83 wymuszonego przez gazy prochowe po zdetonowanie pironaboju 88. Gazy prochowe działając na tłok 83 skutkują powstaniem siły przenoszonej poprzez trzon tłoka 83 na nakrętkę 87. Nakrętka 87, pełniąc funkcję stempla, ścina pierścień 85 zwalniając tym samym łącznik 86.

PL 235 817 B1

Dzięki zastosowaniu wymiennego pierścienia 85 oraz zewnętrznego pironaboju 88 urządzenie może być używane wielokrotnie. Urządzenie może być wykorzystane w zabezpieczeniach na wypadek przeciążenia, kiedy trzymany element musi być zwolniony po przekroczeniu zadanej siły niezależnie od detonacji pironaboju 88. Konstrukcja urządzenia sprawia, że detonacja pironaboju 88 nie powoduje odłamków lub innych produktów detonacji na zewnątrz korpusu 8.

Jak przedstawiono na fig. 4, przykładowy mechanizm powstrzymywania rakiety na stanowisku startowym składa się z obrotowych ramion 3 zamocowanych do belki startowej 2, powstrzymujących ruch rakiety po prowadnicy stanowiska startowego. Ramiona 3 są zamocowane obrotowo do przeciwległych boków belki startowej 2, przy czym każde ramię 3 jest zaparte przednim końcem, usytuowanym od strony prowadnicy, o zewnętrzną strukturę 1 rakiety, a tylnym końcem jest podparte po przeciwnej stronie belki startowej 2 przez element blokujący jego obrót w postaci trawersu 5. Ramiona 3 są zamocowane do boków belki startowej 2 za pośrednictwem nieruchomych sworzni 4.

Gdy trawers 5 nie może się przemieszczać, blokuje on obrót opartych o niego ramion 3, które z kolei blokują ruch postępowy rakiety 1. Trawers 5 jest połączony przegubowo w swoim środku długości z dolnym końcem wałka 6 zamocowanego przesuwnie do belki startowej 2 za pośrednictwem łożysk liniowych 7. Oś wałka 6 jest ustawiona równolegle do prowadnicy stanowiska startowego. Górny koniec wałka 6 jest przymocowany za pomocą połączenia gwintowego do dolnej części 81 korpusu 8 urządzenia PMZ. Górna część 82 korpusu 8 jest przykręcona do belki tensometrycznej 9 przymocowanej nieruchomo do belki startowej 2 za pośrednictwem nieruchomej półki nośnej 10. Poniżej trawersu 5 jest zamocowany do belki startowej 2 amortyzator 13 ograniczający przemieszczenie trawersu 5 wraz z wałkiem 6 po zadziałaniu urządzenia PMZ i zwolnieniu rakiety. Przewód pironaboju 88 oraz przewód belki tensometrycznej 9 podłączone są do osobnego, elektronicznego Urządzenia Kontroli Startu (UKS), które odpowiada za realizację sekwencji startowej. UKS odbiera i przetwarza sygnał z belki tensometrycznej 9 oraz odpowiada za wysłanie sygnału wyzwalającego inicjującego detonację pironaboju 88. Detonacja pironaboju 88 w urządzeniu PMZ skutkuje uwolnieniem wałka 6 przymocowanego do łącznika 86 i jego przemieszczeniem wraz z trawersem 5 w kierunku amortyzatora 13. Kiedy trawers 5 zaczyna się przemieszczać, ramiona 3 wykonują jednocześnie obrót. Sprężyny naciągowe 12 przymocowane do ramion 3 wymuszają ich obrót do pozycji równoległej względem prowadnicy, tym samym eliminując ryzyko zderzenia stateczników rakiety z ramionami 3. Dalszy obrót ramion 3 wynikający z nabytego momentu pędu, ograniczony jest gumowymi stoperami 11 zamocowanymi do belki startowej 2. Z kolei trawers 5 uderza w amortyzator 13 wypełniony masą bitumiczną, co skutecznie eliminuje możliwość odbicia i ponownego uderzenia o ramiona 3. Uwolnienie wałka 6 nastąpi także samoczynnie, bez detonacji pironaboju 88, po przekroczeniu wytrzymałości pierścienia 85 na ścinanie, co gwarantuje niezawodność urządzenia PMZ.

Claims (2)

1. Pirotechniczny mechanizm zwalniający, złożony z dwuczęściowego, łączonego śrubowo korpusu, tłoka osadzonego w cylindrze wykonanym w górnej części korpusu, trzpienia tłoka osadzonego w dolnej części korpusu za pośrednictwem tulei wewnętrznej, łącznika przenoszącego obciążenie osiowe, którego końcówka jest zamocowana w dolnej części poniżej trzpienia tłoka, elementu ścinanego blokującego łącznik w dolnej części, oraz pironaboju zamocowanego w górnej części nad cylindrem, znamienny tym, że element ścinany stanowi wymienny pierścień (85) osadzony w podstawie przelotowego gniazda wykonanego w osi dolnej części (81), zamocowany do końcówki łącznika (86) nakrętką (87) i unieruchomiony przez tuleję wewnętrzną (84) wkręconą w przelotowe gniazdo, przy czym w osi górnej części (82) jest wykonany gwintowany otwór montażowy, a pironabój (88) jest wkręcony w gwintowany kanał dolotowy wykonany ukośnie do tej osi.

2. Mechanizm według zastrz. 1, znamienny tym, że dolna część cylindra jest zaopatrzona w kanaliki odpowietrzające wykonane promieniowo w górnej części (82) korpusu (8).