гидродинамический стенд с системой поддержания давления

Формула изобретения

Гидродинамический стенд с системой поддержания давления, содержащий заполненный жидкостью прочный корпус с днищами, на одном из которых размещен быстроразъемный узел крепления пускового устройства подводного аппарата, направляющие элементы для подводного аппарата и устройство для его торможения, заполненную газом демпфирующую полость, систему уставки давления в демпфирующей полости, измерительно-регистрирующую и управляющую работой стенда аппаратуру и систему поддержания в демпфирующей полости постоянства установочного давления, отличающийся тем, что система поддержания давления содержит расположенный в демпфирующей полости уравнивающий цилиндр с пневматическим приводом, шток которого введен в демпфирующую полость прочного корпуса стенда и связан с поршнем уравнивающего цилиндра, замкнутый объем которого снабжен клапаном уравнивания в нем давления с демпфирующей полостью, а пневматический привод включает ресивер с воздухом высокого давления, программно-управляемый клапан и клапан сброса давления из рабочего объема пневматического привода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области экспериментальной техники и может быть использовано для опытного определения динамических характеристик пусковых устройств подводных аппаратов.

Известен гидродинамический стенд по патенту РФ № 2398199, МПК G01M 10/00, 2010, содержащий камеру, заполненную водой, с направляющими дорожками для подводного аппарата, устройство для его торможения, воздушную демпфирующую емкость, систему установки гидростатического давления и узел крепления пускового устройства подводного аппарата, при этом в камере размещены подвижная перегородка для разграничения демпфирующей емкости и воды, выполненная в виде поршня с ограничивающим его ход упором и замыкателем для фиксации конечного положения поршня; переборка с откидывающейся крышкой, формирующая расходную полость, в которой установлен быстроразъемный узел крепления пускового устройства подводного аппарата, частично расположенного вне камеры, причем расходная полость и камера оснащены системой уравнивания давления с демпфирующей емкостью. Крышка переборки снабжена приводом открывания-закрывания, а стенд снабжен системой обеспечения давления в камере и расходной полости, включающей насос и клапаны наполнения и слива воды.

Такое техническое решение имеет следующий недостаток. При работе пускового устройства подводного аппарата пуск последнего осуществляется в закрытый объем камеры гидродинамического стенда, в результате чего в ней повышается давление. Это отрицательно сказывается на работе силовой установки пускового устройства и приводит к ухудшению наблюдаемых характеристик процесса пуска по отношению к аналогичным характеристикам, наблюдаемым в условиях постоянного внешнего давления. Это обстоятельство может быть частично нивелировано за счет существенного увеличения объема воздушной демпфирующей емкости стенда, что приводит к большим габаритным характеристикам и высокой стоимости последнего.

Для решения упомянутой проблемы создаются гидродинамические стенды, оснащенные системой поддержания давления в воздушной демпфирующей полости, например гидродинамический стенд по патенту РФ № 2449254, МПК G01M 10/00, 2012, содержащий камеру с торцевыми переборками, заполненную жидкостью, и направляющими элементами для подводного аппарата, устройство для его торможения, воздушную демпфирующую полость, систему установки гидростатического давления, быстроразъемный узел крепления пускового устройства подводного аппарата, при этом торцевая переборка камеры, с размещенным в ней узлом для крепления пускового устройства, выполнена съемной, тормозное устройство штангами жестко позиционировано с пусковым устройством, по меньшей мере на двух штангах закреплены конструкции с направляющими элементами для подводного аппарата, а по меньшей мере на одной из штанг установлены датчики положения (движения) последнего относительно переднего среза пускового устройства в режиме пуска. Конструкции с направляющими элементами для подводного аппарата выполнены в виде рамочных кронштейнов, кабельные связи датчиков положения (движения) подводного аппарата с измерительно-регистрирующей и управляющей аппаратурой размещены внутри по меньшей мере одной штанги, прочная камера заполнена ингибитором, демпфирующая полость прочной камеры заполнена инертным газом и оснащена клапаном сброса газа или жидкости для их отвода по мере продвижения подводного аппарата при пуске.

Недостатком описанного выше технического решения является колебательный с большой амплитудой характер изменения давления в полости стенда при работе пускового устройства подводного аппарата, обусловленный наличием в системе поддержания давления только одного разгруженного пружинного клапана, имеющего большую инертность из-за большого проходного сечения, необходимого для обеспечения его эффективной работы.

Наиболее близким к настоящему изобретению и принятым в качестве прототипа является гидродинамический стенд с системой поддержания давления по патенту РФ № 115477, МПК G01M 10/00, 2012, содержащий заполненный жидкостью прочный корпус с днищами, на одном из которых размещен быстроразъемный узел крепления пускового устройства подводного аппарата, направляющие элементы для подводного аппарата и устройство для его торможения, заполненную газом демпфирующую полость, систему уставки давления в демпфирующей полости, измерительно-регистрирующую и управляющую работой стенда аппаратуру и систему поддержания в демпфирующей полости постоянства установочного давления, при этом система поддержания давления содержит группу программно-управляемых в зависимости от расчетного закона повышения давления в демпфирующей полости электромагнитных клапанов разного проходного сечения, соединенных кабелями с управляющей аппаратурой.

Недостатком данного технического решения является необходимость одновременного функционирования нескольких программно-управляемых электромагнитных клапанов разного проходного сечения, что требует проведения сложной аналитической работы для координации процессов их открытия и закрытия во всем диапазоне имитируемых давлений. Кроме этого часть воздуха из демпфирующей полости безвозвратно выбрасывается в атмосферу, что требует восполнения его количества в демпфирующей полости перед каждым новым опытом.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка конструкции гидродинамического стенда с системой поддержания давления, обеспечивающей минимально возможное отклонение давления в воздушной демпфирующей полости стенда от установочного при функционировании пускового устройства подводного аппарата за счет работы одного программно-управляемого клапана и не требующей сброса части воздуха из демпфирующей полости в атмосферу.

Техническим результатом полезной модели является обеспечение эффективного поддержания постоянного давления в воздушной демпфирующей полости стенда за счет работы одного программно-управляемого клапана без сброса части воздуха из демпфирующей полости в атмосферу.

Указанный результат достигается за счет того, что гидродинамический стенд с системой поддержания давления содержит заполненный жидкостью прочный корпус с днищами, на одном из которых размещен быстроразъемный узел крепления пускового устройства подводного аппарата, направляющие элементы для подводного аппарата и устройство для его торможения, заполненную газом демпфирующую полость, систему уставки давления в демпфирующей полости, измерительно-регистрирующую и управляющую работой стенда аппаратуру и систему поддержания в демпфирующей полости постоянства установочного давления, при этом система поддержания давления содержит расположенный в демпфирующей полости уравнивающий цилиндр с пневматическим приводом, шток которого введен в демпфирующую полость прочного корпуса стенда и связан с поршнем уравнивающего цилиндра, замкнутый объем которого снабжен клапаном уравнивания в нем давления с демпфирующей полостью, а пневматический привод включает ресивер с воздухом высокого давления, программно-управляемый клапан и клапан сброса давления из рабочего объема пневматического привода.

Сущность настоящего изобретения отражена на Фиг.1, где показана схема продольного разреза гидродинамического стенда с системой поддержания давления.

Гидродинамический стенд с системой поддержания давления содержит прочный корпус 1 с днищами 2, заполненный жидкостью 3 так, чтобы сформировать в верхней части корпуса 1 воздушную демпфирующую полость 4. На одном из днищ 2 размещен быстроразъемный узел крепления 5 пускового устройства 6 подводного аппарата 7, а на противоположном днище - устройство для его торможения 8. В корпусе 1 установлены направляющие элементы 9 для подводного аппарата 7. Внутри демпфирующей полости 4 расположен уравнивающий цилиндр 10, внутренний объем которого разделен поршнем 11 на два объема: замкнутый объем 12 и уравнивающий объем 13, свободно сообщающийся с демпфирующей полостью 4. Поршень 11 посредством штока 14 жестко соединен с поршнем 15 пневматического привода 16, делящим внутренний объем последнего на два объема: рабочий объем 17 и вентилируемый объем 18, постоянно сообщающийся с атмосферой через отверстия 19. Рабочий объем 17 через программно-управляемый регулирующий клапан 20 связан с ресивером 21, в котором находится запас воздуха высокого давления; кроме этого рабочий объем 17 имеет возможность вентиляции в атмосферу через клапан 22. В верхней части стенда расположен также клапан 23, позволяющий уравнивать давление внутри замкнутого объема 12 уравнивающего цилиндра 10 с давлением в демпфирующей полости 4.

На фиг.1 не показаны система уставки давления в демпфирующей полости, измерительно-регистрирующая и управляющая аппаратуры стенда.

Гидродинамический стенд с системой поддержания давления работает следующим образом.

Перед организацией на гидродинамическом стенде с системой поддержания давления опытных испытаний пускового устройства 6 подводного аппарата 7 исходя из проектных характеристик стенда и пускового устройства 6 производится комплексное компьютерное моделирование процесса пуска подводного аппарата 7 с целью получения расчетных законов повышения давления в воздушной демпфирующей полости 4 в зависимости от установочного (начального) давления в ней во всем диапазоне имитируемых глубин.

Перед началом испытаний с помощью быстроразъемного узла крепления 5 производится монтаж испытываемого пускового устройства 6 на стенд. Проверяется соосность пускового устройства 6, направляющих элементов 9 и устройства 8 для торможения подводного аппарата 7. Затем, с помощью не показанного на схеме заливного устройства, корпус 1 заполняется жидкостью 3 так, чтобы сформировать в верхней части последнего воздушную демпфирующую полость 4. Ресивер 21 наполняется воздухом высокого давления из не показанной на Фиг.1 системы воздуха высокого давления. Поршни 11 и 15 находятся в положении, когда рабочий 17 и уравнивающий 13 объемы минимальны, а вентилируемый 18 и замкнутый 12 объемы - максимальны (крайнее левое положение на Фиг.1). Стенд готов к работе.

С помощью не показанной на схеме системы уставки давления в демпфирующей полости 4 (соответственно, и в жидкости 3) создается начальное давление, имитирующее в процессе испытаний внешнее гидростатическое давление на определенной глубине. Затем с помощью клапана 23 давление внутри замкнутого объема 12 уравнивающего цилиндра 10 уравнивается с давлением в демпфирующей полости 4. Клапан 23 закрывается.

По команде от управляющей аппаратуры (на Фиг.1 не показана) срабатывает пусковое устройство 6, подводный аппарат 7 выходит внутрь прочного корпуса 1, что сопровождается увеличением давления в демпфирующей полости 4. Одновременно по сигналу управляющей аппаратуры срабатывает регулирующий клапан 20 и из ресивера 21 в рабочий объем 17 пневматического привода 16 подается сжатый воздух. Под действием давления сжатого воздуха поршень 15, шток 14 и поршень 11 начнут перемещаться вправо (см. Фиг.1), при этом:

- воздух из вентилируемого объема 18 будет выходить в атмосферу через отверстия 19, что позволит не создавать в нем дополнительное давление, препятствующее движению поршневой группы;

- давление в замкнутом объеме 12 будет расти вследствие уменьшения последнего;

- свободно сообщающийся с демпфирующей полостью 4 уравнивающий объем 13 уравнивающего цилиндра 10 будет увеличиваться, компенсируя повышение давления внутри демпфирующей полости 4.

Закон открытия регулирующего клапана 20 для каждой величины начального давления внутри корпуса 1 (имитируемого давления на глубине пуска) выбирается исходя из полученных перед испытаниями расчетных законов повышения давления в воздушной демпфирующей полости 4 таким образом, чтобы в каждый отдельный момент времени повышение давления в демпфирующей полости 4 компенсировалось увеличением ее объема за счет увеличения уравнивающего объема 13 уравнивающего цилиндра 10.

После начала выхода подводного аппарата 7 из пускового устройства 6 его перемещение внутри прочного корпуса 1 фиксируется не показанной на Фиг.1 измерительно-регистрирующей аппаратурой стенда.

После полного выхода из пускового устройства 6 подводного аппарата 7, его носовая оконечность входит в устройство для его торможения 8. За счет обтюрации подводного аппарата 7 в кольцевых переборках, давление в замыкаемой аппаратом 7 емкости тормозного устройства 8 возрастает, чем формируется тормозное воздействие, в результате чего аппарат останавливается (подробнее см. патент РФ на полезную модель № 87510, МПК F41F 3/10, 2009).

После остановки подводного аппарата 7 поршень 15, шток 14 и поршень 11 переводятся в исходное положение, для чего регулирующий клапан 20 закрывается, а клапан 22 открывается. Воздух из рабочего объема 17 пневматического привода 16 сбрасывается в атмосферу и поршень 15, шток 14 и поршень 11 перемещаются в исходное (крайнее левое - см. Фиг.1) положение под действием давления в замкнутом объеме 12 уравнивающего цилиндра 10.

После возврата подводного аппарата 7 в пусковое устройство 6 и восполнения энергетического запаса последнего в демпфирующей полости 4 заново формируется давление, соответствующее имитируемой глубине пуска. Стенд готов к следующему срабатыванию.

Таким образом, предлагаемый гидродинамический стенд с системой поддержания давления позволяет решить поставленную техническую задачу разработки конструкции гидродинамического стенда с системой поддержания давления, обеспечивающей минимально возможное отклонение давления в воздушной демпфирующей полости стенда от установочного при функционировании пускового устройства подводного аппарата за счет работы одного программно-управляемого клапана и не требующей сброса части воздуха из демпфирующей полости в атмосферу.