RU2721215C1

RU2721215C1 - Pneumatic hydraulic catapult

Info

Publication number: RU2721215C1
Application number: RU2019131787A
Authority: RU
Inventors: Константин Валентинович Мигалин; Кирилл Алексеевич Сиденко; Алексей Ильич Сиденко; Кирилл Константинович Мигалин
Original assignee: Константин Валентинович Мигалин; Кирилл Алексеевич Сиденко; Алексей Ильич Сиденко; Кирилл Константинович Мигалин
Priority date: 2019-10-08
Filing date: 2019-10-08
Publication date: 2020-05-18

Abstract

FIELD: aviation.SUBSTANCE: invention relates to takeoff devices of aircraft. Pneumatic-hydraulic catapult with refueling of starting cylinder contains guide, in rear part of which there fixedly fixed stop with locking mechanisms and starting cylinder with locks of aircraft attachment. Inside the starting cylinder there are two cavities – hydraulic (12) and pneumatic (11), respectively, equipped with means for supply of fluid inside the starting cylinder under pressure and gas under pressure. Firing cylinder is fitted on pipe (8) arranged in hydraulic cavity and accommodating free-moving piston (9), at that, pipe (8) is rigidly fixed on the stop and its inner cavity through the channel made in the stop is connected to the cavity of the air receiver equipped with the gas supply means under pressure, wherein ignition plug and fuel injector are installed in air cavity of starting cylinder.EFFECT: increased throwing pulse is achieved due to transition to pneumatic-hydraulic throwing principle with subsequent refueling of starting cylinder at initial stage of "throw".1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационной техники, более конкретно к взлетным устройствам летательных аппаратов, преимущественно малоразмерных беспилотных аппаратов.The invention relates to the field of aviation technology, and more particularly to take-off devices of aircraft, mainly small unmanned vehicles.

Для взлета малоразмерных беспилотных летательных аппаратов широко используются пусковые устройства типа катапульты, позволяющие обеспечить быстрый и эффективный взлет указанных летательных аппаратов с силовой установкой сравнительно небольшой мощности.For take-off of small-sized unmanned aerial vehicles, launchers of the catapult type are widely used, which allow for the fast and efficient take-off of these aircraft with a power plant of relatively low power.

Важной особенностью запусков малоразмерных летательных аппаратов является обеспечение возможности их взлета на необорудованных площадках и в полевых условиях.An important feature of small-sized aircraft launches is the possibility of their take-off on unequipped sites and in the field.

Известны устройства для взлета малоразмерных беспилотных летательных аппаратов с катапульты, оборудованной тележкой, перемещаемой по направляющим катапульты разгонным устройством (см. Исследования способов пуска дистанционно пилотируемых летательных аппаратов (перевод с английского Травкиной Л.П., Чубченко Е.Г.), ОНТИ МАИ, 1983; Испытание новой пусковой установки для ДПЛА. RAE trials of RPV launchers //Jane's deference weekly/ - 1985 / - v. 3. - №19; Журнал Aero Digest, December 1931; патентная заявка Великобритании №2132577). Эти устройства в целом могут быть охарактеризованы следующим образом.Known devices for the take-off of small-sized unmanned aerial vehicles from a catapult equipped with a trolley moving along the catapult guides with an accelerating device (see Research on the methods for launching remotely piloted aircraft (translated from English by L. Travkina, E. Chubchenko), ONTI MAI, 1983; Testing a new launcher for UAVs. RAE trials of RPV launchers // Jane's deference weekly / - 1985 / - v. 3. - No. 19; Aero Digest Magazine, December 1931; UK patent application No. 2132577). These devices as a whole can be characterized as follows.

Устройство содержит разгонную тележку, которая расположена на катапульте в стартовом положении. После ее разгона разгонным устройством до требуемой скорости летательный аппарат, установленный на тележке, отсоединяют от нее, а тележку тормозят.The device contains an accelerating trolley, which is located on the catapult in the starting position. After it is accelerated by the accelerating device to the required speed, the aircraft mounted on the trolley is disconnected from it, and the trolley is braked.

Общим недостатком таких устройств является недостаточная надежность взлета летательного аппарата, обусловленная возможностью его контакта с элементами катапульты и тележки, возникающей в результате их взаимного относительного движения на близком расстоянии друг от друга.A common drawback of such devices is the insufficient reliability of the takeoff of the aircraft, due to the possibility of its contact with the elements of the catapult and the cart, resulting from their relative relative motion at close distances from each other.

В качестве прототипа принято известное из патента на изобретение RU 2373117 (опубликован 20.11.2009, БИ №32, МПК B64F 1/06) устройство катапульты для взлета летательного аппарата, содержащей разгонное устройство, выполненное в виде рабочего цилиндра с камерой для сжатого газа, внутри которого размещен поршень, фиксатор стартового положения, тормозное средство и узел стыковки с летательным аппаратом. Отличительной особенностью прототипа является то, что в одном торце рабочего цилиндра выполнено заправочное отверстие с обратным клапаном, между которым и поршнем образована указанная камера для сжатого газа, поршень имеет шток, выходящий за пределы рабочего цилиндра через отверстие в его торце, противоположном заправочному отверстию, возле этого торца в рабочем цилиндре размещено тормозное средство, на части штока, выходящей за пределы рабочего цилиндра, закреплен узел стыковки с летательным аппаратом, выполненный в виде пилона, на верхней части которого размещено средство для установки летательного аппарата, снабженное электромеханической системой для отделения летательного аппарата от пилона, кроме того, снаружи рабочего цилиндра жестко закреплен кронштейн, на котором установлен фиксатор стартового положения, выполненный в виде качалки, на одном из концов которой установлен ролик с втулкой из эластичного материала, а второй конец качалки представляет собой рукоятку для ее поворота, а на части штока, выходящей за пределы рабочего цилиндра, выполнен клык с нишей для взаимодействия с роликом качалки, помимо этого, снаружи на рабочем цилиндре установлены поворотные передние опоры с фиксаторами их рабочего положения и жестко закрепленная задняя опора. Каждая из поворотных передних опор установлена посредством трех степенного шарнира, содержащего сферу с отверстием, а фиксатор рабочего положения опоры содержит цилиндрический корпус с пазом и подвижный штифт, имеющий выходящий за пределы корпуса конец для взаимодействия с указанным отверстием сферы, а второй конец штифта, находящийся внутри корпуса, выполнен упирающимся в размещенную в торце пружину и имеющим рукоятку, выполненную с возможностью перемещения вдоль паза. Электромеханическая система отделения летательного аппарата от пилона содержит установленный на пилоне датчик ускорений, соединенный через контроллер с электроприводом для поворота кронштейна-фиксатора, взаимодействующего с ответным элементом летательного аппарата. Тормозное средство выполнено в виде витой пружины или пакета эластичного материала с отверстием для штока поршня.As a prototype, a catapult device for take-off of an aircraft containing an acceleration device made in the form of a working cylinder with a chamber for compressed gas, inside, known from the patent RU 2373117 (published on November 20, 2009, BI No. 32, IPC B64F 1/06), was adopted which placed the piston, the locking position of the starting position, the braking means and the docking unit with the aircraft. A distinctive feature of the prototype is that in one end of the working cylinder there is a filling hole with a non-return valve, between which the specified chamber for compressed gas is formed between the piston and the piston has a rod extending beyond the working cylinder through the hole in its end opposite the filling hole, near of this end, a brake means is placed in the working cylinder, on the part of the rod extending beyond the limits of the working cylinder, a docking assembly with the aircraft is fixed, made in the form of a pylon, on the upper part of which is placed means for installing the aircraft, equipped with an electromechanical system for separating the aircraft from the pylon, in addition, on the outside of the working cylinder, a bracket is rigidly fixed on which the start position lock is installed, made in the form of a rocking chair, at one end of which a roller with a sleeve of elastic material is mounted, and the second end of the rocking chair is a handle for turning it, and on the part of the rod extending beyond the limits of the working cylinder, a canine with a niche for interaction with the rocking roller is made, in addition, rotary front bearings with clamps for their working position and a rigidly fixed rear support are installed on the working cylinder outside. Each of the rotary front supports is installed by means of a three-power hinge containing a sphere with a hole, and the support working position lock contains a cylindrical body with a groove and a movable pin having an end extending beyond the body for interaction with the specified hole of the sphere, and a second end of the pin inside case, made abutting placed at the end of the spring and having a handle made with the possibility of movement along the groove. The electromechanical system for separating the aircraft from the pylon contains an acceleration sensor mounted on the pylon, connected via an electric controller to rotate the latch bracket interacting with the response element of the aircraft. The brake means is made in the form of a coil spring or a package of elastic material with an opening for the piston rod.

В сравнении с рассмотренным выше аналогом, в прототипе достигается повышенная надежность срабатывания катапульты, а также оптимизированы массо-габаритные параметры, что особенно актуально при трансформировании катапульты при ее транспортировке и хранении. К критическому моменту прототипа следует отнести недостаточную величину броскового импульса.Compared with the analogue discussed above, the prototype achieves increased reliability of the catapult operation, and also the weight and size parameters are optimized, which is especially important when transforming the catapult during its transportation and storage. The critical moment of the prototype should include an insufficient amount of surge impulse.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении броскового импульса.The technical result of the claimed invention is to increase the surge impulse.

Техническая задача решается путем перехода к пневмогидравлическому принципу метания с последующей дозаправкой пускового баллона на начальной стадии «броска». Для этого предлагается устройство пневмогидравлической катапульты с дозаправкой пускового баллона, содержащей направляющую, в задней части которой жестко закреплен упор с механизмами фиксации и пусковой баллон с замками крепления летательного аппарата. Внутри пускового баллона организованы две полости -гидравлическая и пневматическая, соответственно снабженные средствами для подвода внутрь пускового баллона жидкости под давлением и газа под давлением, при этом пусковой баллон насажен на трубу, размещенную в гидравлической полости и внутри которой установлен свободно перемещающийся поршень, при этом труба жестко закреплена на упоре и внутренняя ее полость, через канал, выполненный в упоре, подключена к полости воздушного ресивера, снабженного средством подвода газа под давлением, при этом в воздушной полости пускового баллона установлены запальная свеча и топливная форсунка. Названные полости могут быть разделена перегородкой из упругого материала, например, резины.The technical problem is solved by moving to the pneumohydraulic principle of throwing, followed by refueling the launch balloon at the initial stage of the “throw”. For this purpose, a pneumatic-hydraulic catapult device with refueling a launch balloon containing a guide is proposed, in the rear part of which a stop with fixing mechanisms and a launch balloon with locks for fastening the aircraft are rigidly fixed. Two cavities are organized inside the launch cylinder - hydraulic and pneumatic, respectively equipped with means for supplying pressurized liquid and pressurized gas inside the launch cylinder, while the launch cylinder is mounted on a pipe placed in a hydraulic cavity and inside which a freely moving piston is installed, while the pipe and its internal cavity is rigidly fixed on the stop, through the channel, made in the stop, connected to the cavity of the air receiver equipped with means for supplying gas under pressure, while a spark plug and a fuel nozzle are installed in the air cavity of the launch balloon. These cavities can be divided by a partition made of an elastic material, for example rubber.

Сравнение научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках МКИ показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".Comparison of scientific, technical and patent documentation on the priority date in the main and related sections of the MKI shows that the set of essential features of the claimed solution was not previously known, therefore, it meets the patentability condition of “novelty”.

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что предложенное устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический результат, следовательно, предложенное техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.The analysis of known technical solutions in the art showed that the proposed device has features that are not available in the known technical solutions, and their use in the claimed combination of features makes it possible to obtain a new technical result, therefore, the proposed technical solution has an inventive step compared to the existing level technicians.

Предложенное техническое решение промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".The proposed technical solution is industrially applicable, because can be manufactured industrially, efficiently, feasibly and reproducibly, therefore, meets the patentability condition "industrial applicability".

Другие особенности и преимущества заявляемого изобретения станут понятны из следующего детального описания, приведенного исключительно в форме не ограничивающего примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, иллюстрирующий предпочтительный вариант реализации, на которых схематично представлена заявляемая пневмогидравлическая катапульта с дозаправкой пускового баллона.Other features and advantages of the claimed invention will become apparent from the following detailed description, given solely in the form of a non-limiting example and with reference to the accompanying drawings, illustrating a preferred embodiment, in which the claimed pneumohydraulic catapult with refueling of the launch balloon is schematically presented.

На фиг. 1 показан общий вид катапульты.In FIG. 1 shows a general view of the catapult.

На фиг. 2 показаны механизмы фиксации в положениях «стоп» и «пуск».In FIG. 2 shows the locking mechanisms in the "stop" and "start" positions.

На фиг. 3 показан рабочий механизм катапульты в разрезе.In FIG. 3 shows a working section of the catapult mechanism.

На фиг. 4 показан процесс дозаправки пускового баллона водой на начальной стадии броска.In FIG. 4 shows the process of refueling the launch balloon with water at the initial stage of the throw.

На фиг. 5 показан сход баллона с трубы и момент нарастания давления газа в результате взрыва топливовоздушной смеси.In FIG. 5 shows the cylinder coming off the pipe and the moment the gas pressure rises as a result of the explosion of the air-fuel mixture.

Пневмогидравлическая катапульта содержит установленную под углом направляющую 1, в задней части которой жестко закреплен упор 2 с механизмами фиксации 3 в двух положениях «стоп» и «пуск». Задняя часть упора 2 соединена с воздушным ресивером 4. На направляющую 1 уложен пусковой баллон 5 с замками крепления 6 для фиксации «бросаемого» летательного аппарата 7. К передней части упора 2 крепится труба 8 внутри которой расположен свободно перемещающийся поршень 9. Внутренняя полость пускового баллона 5 может быть разделена мягкой резиновой перегородкой 10, отделяющей пневматическую (например, воздушную) полость 11 от гидравлической (например, водяной) 12. Задняя часть пускового баллона 5 выполнена с фланцем 13 за который осуществляется его фиксация на направляющей 1 и заднем упоре 2 механизмами фиксации 3. Полости 11 и 12 снабжены средствами для подвода внутрь пускового баллона 5 жидкости и газа под давлением. Пневматическая полость 11 снабжена заправочным клапаном 14, гидравлическая полость 12 снабжена заправочным клапаном 15, а воздушный ресивер 4 имеет заправочный клапан 16. В пневматическую полость И установлены топливная форсунка 17 и запальная свеча 18.The pneumohydraulic catapult contains an angled guide 1, in the rear of which a stop 2 is rigidly fixed with locking mechanisms 3 in two positions “stop” and “start”. The back of the stop 2 is connected to the air receiver 4. A launch cylinder 5 with fastening locks 6 is fixed on the guide 1 to fix the “thrown” aircraft 7. A pipe 8 is attached to the front of the stop 2, inside of which there is a freely moving piston 9. The internal cavity of the launch cylinder 5 can be separated by a soft rubber partition 10 that separates the pneumatic (for example, air) cavity 11 from the hydraulic (for example, water) 12. The rear part of the launch cylinder 5 is made with a flange 13 for which it is fixed on the guide 1 and the back stop 2 by fixing mechanisms 3. The cavities 11 and 12 are equipped with means for supplying into the starting cylinder 5 of liquid and gas under pressure. The pneumatic cavity 11 is equipped with a filling valve 14, the hydraulic cavity 12 is equipped with a filling valve 15, and the air receiver 4 has a filling valve 16. A fuel nozzle 17 and a spark plug 18 are installed in the pneumatic cavity I.

Работа осуществляется следующим образом.The work is as follows.

Первая предпусковая операция - это снаряжение пускового баллона. Для этой цели он укладывается на направляющую 1 катапульты. За фланец 13 он плотно прижимается к упору 2. Далее через заправочный клапан 15 в него заливается установленный объем гидравлики (воды), а через заправочный клапан 14 производится наддув пневматической (воздушной) полости 11 воздухом высокого давления от отдельного источника. Ресивер 4, соединенный через канал 19 с наружной стороной поршня 9, через заправочный клапан 16 закачивается воздухом давлением на несколько атмосфер меньше, чем в воздушную полость 11. Далее заправочные клапаны 14, 15, 16 закрываются и начинается вторая операция.The first pre-launch operation is the launch balloon equipment. For this purpose, it fits onto the guide 1 of the catapult. For the flange 13, it is tightly pressed against the stop 2. Then, through the filling valve 15, the installed volume of hydraulics (water) is poured into it, and through the filling valve 14, the pneumatic (air) cavity 11 is pressurized with high pressure air from a separate source. The receiver 4, connected through the channel 19 to the outside of the piston 9, is pumped through the filling valve 16 with air at a pressure of several atmospheres less than into the air cavity 11. Then, the filling valves 14, 15, 16 are closed and the second operation begins.

Вторая операция - это установка беспилотного летательного аппарата 7 на пусковой баллон 5. Для этого на пусковом баллоне выполнены замки крепления 6 в которые устанавливается летательный аппарат 7.The second operation is the installation of the unmanned aerial vehicle 7 on the launch balloon 5. For this, the lock cylinders 6 are mounted on the launch balloon in which the aircraft 7 is installed.

Третий этап - это пуск. Запускается двигатель летательного аппарата 7. Двигатель (на чертежах не показан) прогревается и выходит на рабочий режим. Далее механизмы фиксации 3 переводятся в положение «пуск» и пусковой баллон 5 под действием давления воздуха в полости 11 начинает двигаться по направляющей 1, выдвигаясь из трубы 8. Это приводит к падению давления в полости 11 и тогда под действием давления в ресивере 4 поршень 9 начинает выталкивать воду из трубы 8 в водяную полость 12, тем самым производя дозаправку пускового баллона водой на начальной стадии броска. Эта фаза процесса представлена на фиг.4. На завершающей стадии выхода пускового баллона 5 с трубы 8 в воздушную полость 11 подается жидкое топливо через топливную форсунку 17 и от запальной свечи 18 производится взрыв топливовоздушной смеси, что вновь поднимает давление в воздушной полости 11. Резиновая перегородка 10 при этом может разрываться. Этот процесс изображен на фиг. 5. С момента срабатывания механизма фиксации 3 пусковой баллон 5, двигаясь по направляющей, 1 изначально разгоняется за счет давления в воздушной полости 11 передаваемого через воду полости 12 на поршень 9, далее после схода с трубы 8 разгон происходит от действия реактивной тяги выброса воды и в завершающей фазе от выброса сжатого газа, или в случае его дожигания от действия продуктов сгорания. Вместе с пусковым баллоном 5 разгоняется летательный аппарат 7. Время движения по направляющей может быть порядка 0,2 сек, еще столько же понадобиться для опорожнения пускового баллона от воды и газов после схода с направляющей катапульты. Далее пусковой баллон начинает терять набранную скорость и в этот момент происходит отсоединение летательного аппарата от баллона. Разогнанный летательный аппарат продолжает полет.The third stage is the launch. The engine of the aircraft 7 starts. The engine (not shown in the drawings) warms up and enters the operating mode. Next, the locking mechanisms 3 are transferred to the "start" position and the launch cylinder 5 under the influence of air pressure in the cavity 11 starts to move along the guide 1, moving out of the pipe 8. This leads to a pressure drop in the cavity 11 and then under the pressure in the receiver 4 the piston 9 begins to push water from the pipe 8 into the water cavity 12, thereby refueling the launch balloon with water at the initial stage of the cast. This phase of the process is presented in figure 4. At the final stage of the launch balloon 5 exit from the pipe 8, liquid fuel is supplied to the air cavity 11 through the fuel nozzle 17 and the fuel-air mixture is blown from the spark plug 18, which again raises the pressure in the air cavity 11. The rubber baffle 10 may burst. This process is depicted in FIG. 5. From the moment the locking mechanism 3 is triggered, the launch balloon 5, moving along the guide, 1 initially accelerates due to the pressure in the air cavity 11 of the cavity 12 transmitted through the water to the piston 9, then after leaving the pipe 8, acceleration occurs from the action of the jet thrust of water discharge and in the final phase from the release of compressed gas, or in case of afterburning from the action of combustion products. Together with the launch balloon 5, the aircraft 7 accelerates. The travel time along the guide can be about 0.2 seconds, the same amount of time is needed to empty the launch balloon from water and gases after leaving the catapult guide. Next, the launch balloon begins to lose speed and at that moment the aircraft is disconnected from the balloon. The accelerated aircraft continues to fly.

Разумеется, изобретение не ограничивается описанным примером его осуществления, показанным на прилагаемых фигурах. Остаются возможными изменения различных элементов либо замена их технически эквивалентными, не выходящие за пределы объема настоящего изобретенияOf course, the invention is not limited to the described example of its implementation, shown in the accompanying figures. It remains possible to change various elements or replace them with technically equivalent, not beyond the scope of the present invention

Claims

1. Pneumohydraulic catapult containing a guide, in the back of which a stop is fixed rigidly with locking mechanisms and a launch cylinder with aircraft locks, characterized in that two cavities are organized inside the launch cylinder - hydraulic and pneumatic, respectively equipped with means for supplying the launch a liquid cylinder under pressure and gas under pressure, while the starting cylinder is mounted on a pipe placed in the hydraulic cavity and inside which a freely moving piston is installed, while the pipe is rigidly fixed on the stop and its internal cavity is connected to the cavity through the channel made in the stop an air receiver equipped with a means for supplying gas under pressure, while a spark plug and a fuel nozzle are installed in the air cavity of the launch balloon.

2. Pneumohydraulic catapult according to claim 1, characterized in that the cavities of the launch balloon are separated by a baffle made of an elastic material, for example rubber.