[1]Изобретение относится к авиации, в частности к воздухоплаванию, а именно к устройству комбинированных газовых клапанов дирижабля.
[2]Комбинированные газовые клапаны дирижабля используются для выпуска воздуха или несущего газа из оболочки как в автоматическом, так и в управляемом режиме. Такое объединение функций, реализованное в одной конструкции клапана, дает преимущества, уменьшая общее количество клапанов на дирижабле или аэростате. Поэтому комбинированные клапаны получили широкое распространение на всех типах дирижаблей и, главным образом, в мягких и полужестких. При необходимости, комбинированный клапан может быть трансформирован только в управляемый или только в автоматический. Для этого достаточно снять с него соответствующие детали.
[3]Один из самых распространенных дефектов газовых клапанов в эксплуатации - снижение степени герметичности, что приводит к дополнительным потерям несущего газа из оболочки. Газовые клапаны дирижаблей имеют большие габаритные размеры и дефект снижения герметичности, главным образом, является следствием ударной посадки посадочного пояса тарелки клапана на седло корпуса. Из-за этого возникают условия для его микроотскока в момент касания, сопровождающегося микросмещениями и неплотным прилеганием.
[4]Последнее время стали развиваться конструкции, у которых тарелке клапана придается совмещенное поступательное и вращательное движение, причем поступательное движение на закрытие клапана идет сначала с нарастанием скорости до максимума, а затем с убыванием до нуля или до определенного минимального значения. С началом поступательного движения клапана на закрытие одновременно нарастает скорость вращательного движения и она продолжает быстро расти до момента касания посадочного пояса клапана с седлом на его корпусе. Близкая к нулю поступательная скорость и максимальная окружная скорость в момент касания означает, что клапан в процессе рабочих циклов постоянно герметизируется, притираясь к седлу, и тем самым обеспечивается поддержание его необходимой герметичности.
[5]Закон изменения скоростей при совмещенном поступательно-вращательном движении тарелки клапана легко обеспечивается отклонением конца продольного упругого элемента при его деформировании от вертикального положения. Однако возможны и другие варианты конструкций, обладающие своими существенными положительными качествами.
[6]Известно устройство комбинированного газового клапана дирижабля (С.А. Лосик, И.А. Козлов. «Оборудование дирижаблей», М., ГИОП НКАП СССР, 1939, стр. 29, рис. 23б «Газовый клапан Гэметер 12» и стр. 29, рис. 23в «Конструктивная схема клапана Гуднир 18»), которое может открываться и закрываться автоматически под действием перепада давлений на тарелке клапана и принудительно посредством тросового управляемого привода.
[7]Недостатком этих устройств комбинированных газовых клапанов является ударная посадка тарелки клапана на седло в момент закрытия проходного сечения, сложная приводная кинематика и большое количество деталей.
[8]Известно устройство комбинированного клапана (Ю.С. Бойко. «Воздухоплавание в изобретениях», М., Транспорт, 1999, стр. 87, рис. 76. Авторское свидетельство СССР №497195), в котором для принудительного открытия клапана используется тросовой привод от электромеханизма, а автоматическое открытие осуществляется под действием перепада давления на тарелке клапана. При этом свободный участок троса между клапаном и электромеханизмом привода деформируется, не мешая отходу тарелки от седла в режиме автоматической работы.
[9]Недостатком этого устройства комбинированного газового клапана также является ударная посадка тарелки клапана на седло в момент закрытия проходного сечения и большое количество деталей.
[10]В качестве прототипа выбрано устройство комбинированного газового клапана дирижабля, приведенное в кн.: Ю.С. Бойко. «Воздухоплавание в изобретениях». М., Транспорт, 1999, стр. 87, рис. 76. Авторское свидетельство СССР №497195.
[11]Задачей изобретения является создание устройства комбинированного газового клапана дирижабля с кинематикой, обеспечивающей совмещенное поступательное и вращательное возвратно-поступательное движение тарелки клапана.
[12]Задача изобретения решается тем, что совмещенное поступательное и вращательное движение тарелки клапана реализуется с участием жестких качалок и цилиндрических пружин.
[13]Технический результат характеризуется следующими существенными признаками.
[14]С целью обеспечения совмещенного прямолинейного и вращательного возвратно-поступательного движения тарелки клапана он снабжен:
[15]- не менее чем тремя жесткими качалками, расположенными по периметру круга вокруг центральной оси клапана под начальным углом не менее 3-х градусов между продольной осью качалки и вертикалью;
[16]- жесткие качалки закреплены одним концом в шарнире с двумя степенями свободы, например, на поверхности тарелки клапана, а другим концом - в шарнире с тремя степенями свободы, например, на поверхности основания корпуса;
[17]- степень свободы вертикального смещения качалки ограничена упругим элементом и регулировочным винтом момента начала открытия клапана;
[18]- с целью обеспечения обратного хода тарелки клапана на закрытие качалки связаны с корпусом клапана регулируемыми пружинами.
[19]На Фиг. 1 показан общий вид устройства комбинированного газового клапана в состоянии «Закрыт».
[20]На Фиг. 2 показаны положение тарелки комбинированного газового клапана и его кинематики в состоянии «Открыт».
[21]На Фиг. 3 показан вид на основание корпуса комбинированного газового клапана снизу.
[22]На Фиг. 4 показан график изменения поступательной и окружной составляющей скорости клапана при его движении на закрытие.
[23]Устройство комбинированного газового клапана дирижабля по Фиг. 1-4 включает в себя корпус (1), стойки корпуса (2), основание корпуса (3), тарелку клапана (4), качалки (5), пружины качалки (6), нижний шарнир качалки с тремя степенями свободы (7), упругий элемент нижнего шарнира (8), упор ограничения кругового движения (9), упор ограничения открытого положения клапана (10), посадочное место установки механизма управления открытием и закрытием клапана (11), регулировочный винт (12), верхний шарнир качалки с двумя степенями свободы (13).
[24]Качалки (5) через нижний шарнир с тремя степенями свободы (7) связаны с основанием корпуса (3), а через верхний шарнир с двумя степенями свободы (13) с тарелкой клапана (4).
[25]Регулируемые пружины качалки (6) одним концом связаны со стойками корпуса (2), а другим с качалками (5).
[26]Устройство комбинированного газового клапана дирижабля работает следующим образом (Фиг. 1-4):
[27]В момент достижения давления в оболочке выше давления настройки клапана, тарелка (4) отходит от посадочного седла корпуса (1), преодолевая усилие упругого элемента (8). Далее качалки (5), преодолевая усилие пружин (6), отклоняются от исходного положения в сторону и вниз так, что центры шарниров (7) и (13) качалок (5) все время остаются на поверхности воображаемого цилиндра, описанного вокруг них. Тем самым тарелке клапана (4) задается совмещенное поступательно-вращательное движение.
[28]Шарниры (7) и (13) устраняют усилия скручивания качалок (5) при их движении. При этом момент начала открытия клапана можно регулировать винтом (12), изменяющим начальные усилия в упругом элементе (8).
[29]После выпуска из оболочки дирижабля некоторого количества газа давление в ней снижается настолько, что на площади тарелки клапана (4) возникает сила, направленная в сторону закрытия клапана. Под действием силы от перепада давления и усилий пружин (6), воздействующих на качалки (5), тарелка клапана (4) начинает двигаться по траектории совмещенного поступательно-вращательного движения к посадочному седлу на корпусе (1). График изменения поступательной и окружной составляющих скоростей тарелки клапана (4) соответствует виду Фиг. 4.
[30]В результате посадочный пояс тарелки клапана (4) касается седла на корпусе (1) с поступательной скоростью, близкой к нулю, и с максимальной окружной скоростью, с которой он входит в касательное торможение, т.е. герметизируется и, одновременно, притирается, обеспечивая равномерное прилегание сопрягаемых поверхностей. Повторение описанной операции при каждом срабатывании клапана на закрытие сохраняет герметичность клапана в течении всего срока его эксплуатации.
[31]Изменение скоростей закрытия клапана осуществляется подбором начальных усилий пружин (6) при помощи регулировочных винтов.
[32]Аналогично описанный процесс происходит при управляемом открытии или закрытии тарелки клапана (4) от встроенного механизма, который закрепляется по месту установки (11).
[33]Однако в этом случае момент открытия клапана и скорости его движения определяются характеристикой механизма управления.
[34]Предложенное устройство комбинированного газового клапана дирижабля позволило получить конструкцию, в которой совмещенное поступательно-вращательное движение тарелки клапана (4) получено путем использования жестких качалок (5) с отдельными пружинами (6), и обеспечить возможность раздельного регулирования момента открытия клапана и скоростей его движения.
