Устройство торможения движущегося в жидкости тела
Устройство торможения движущегося в жидкости тела относится к области применяемых в машиностроении (артиллерии, судостроении и т.д.) гидравлических и гидродинамических регуляторов скорости движения в жидкости тел, а именно к гидравлическим тормозным устройствам гидродинамических стендов. Устройство содержит напорную камеру с отверстием для входа тела, имеющую каналы, связывающие ее внутренний объем с окружающей тело жидкостью, при этом суммарное проходное сечение каналов для вытесняемой телом жидкости уменьшается по направлению хода тела. Каналы для вытесняемой жидкости связаны с входным отверстием и направлены в противоположном направлении по отношению к скорости тела, напорная камера разделена неподвижно установленными сменными (не менее одной) имеющими обтюрирующие тело отверстия перегородками, в первой по ходу тела из которых выполнены дополнительные к зазору в обтюрации проходные для жидкости сечения, а упомянутая перегородка размещена в напорной камере на расстоянии от ее входного отверстия не менее трех гидравлических диаметров сечения, образующегося во входном отверстии при входе в него движущегося тела. Сменные перегородки фиксированы в напорной камере между ее дальней к телу стенкой и упором во входном отверстии сменными распорными деталями. Ближайшая к входному отверстию распорная деталь (или упор) снабжена направляющими элементами для движущегося тела, не препятствующими выходу вытесняемой им жидкости. Техническим результатом является создание тормозного устройства, обеспечивающего возможность быстрой и не связанной со значительными потерями времени, материальных ресурсов и средств настройкой регрессивной характеристики истечения воды применительно к задачам испытаний.
Полезная модель относится к области применяемых в машиностроении (артиллерии, станкостроении, судостроении и т.д.) гидравлических и гидродинамических регуляторов скорости движения в жидкости тел, а именно к гидравлическим тормозным устройствам гидродинамических стендов.
Известен регулятор скорости движения рабочего органа боевого клапана (см. «Катаракт боевого клапана подводного воздушного торпедного аппаратам, патент РФ 
2087828, F41F 3/10, 1997), широко используемый в пневматических пусковых системах торпедных аппаратов. Регулятор включает движущуюся под воздействием рабочего органа боевого клапана и синхронно с ним подвижную в заполненном жидкостью корпусе перегородку, выполненную в виде поршня с центральным отверстием, формирующую в напорной части корпуса уменьшающийся по мере движения поршня объем, из которого вытесняемая жидкость истекает в надпоршневую полость низкого давления через центральное отверстие, проходное сечение которого определяется профилем входящего в него неподвижно закрепленного на дальней от поршня стенке корпуса золотника веретенного типа.
Основным недостатком аналога является наличие в боевом клапане сложного в изготовлении и эксплуатации специального устройства, изготовляемого как отдельный от клапана блок.
Этот недостаток устранен в гидравлическом устройстве торможения двухполостных толкателей, примененном в «Устройстве для выталкивания подводных снарядов» (патент РФ 2076299, F41F 3/10, 1997) и принятом авторами в качестве прототипа.
В прототипе напорная камера гидравлического устройства торможения оформлена как нерабочая часть гидроцилиндра и расположена в воде. Внутренняя полость напорной камеры связана с окружающей ее водой отверстиями различного сечения, выполненными сквозными в цилиндрической стенке камеры. Регрессионная характеристика истечения вытесняемой поршнем как плунжером воды достигается путем последовательного перекрытия им уменьшающихся с ходом поршня по диаметру отверстий.
К присущим прототипу недостаткам следует отнести однозначность характеристики истечения воды, обеспечиваемая экспериментально применительно к слабо изменяющейся начальной перед торможением скорости движения тела - поршня.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание тормозного устройства, обеспечивающего возможность быстрой и не связанной со значительными потерями времени, материальных ресурсов и средств настройкой регрессивной характеристики истечения воды применительно к задачам испытаний (прежде всего при большом разбросе начальной перед торможением скорости тела) и требованиям по продольным перегрузкам тела во время торможения.
Технический результат предложения достигается тем, что в устройстве торможения движущегося в жидкости тела, содержащем напорную камеру с отверстием для его входа, имеющую каналы, связывающие ее внутренний объем с окружающей тело жидкостью, при этом суммарное проходное сечение каналов для вытесняемой телом жидкости уменьшается по направлению хода тела, согласно полезной модели, каналы для вытесняемой жидкости связаны с входным отверстием и направлены в противоположном направлении по отношению к скорости тела, Напорная камера разделена неподвижно установленными сменными (не менее одной) имеющими обтюрирующие тело отверстия перегородками, в первой по ходу тела из которых выполнены дополнительные к зазору в обтюрации проходные для жидкости сечения, а упомянутая перегородка размещена в напорной камере на расстоянии от ее входного отверстия не менее трех гидравлических диаметров сечения, образующегося во входном отверстии при входе в него движущегося тела.
В легко перестраиваемой конструкции тормозного устройства сменные перегородки фиксируются в напорной камере между ее дальней к телу стенкой и упором во входном отверстии сменными распорными деталями.
Стабильность работы устройства может быть повышена за счет того, что ближайшая к входному отверстию распорная деталь (или упор) снабжена направляющими элементами для движущегося тела, не препятствующими выходу вытесняемой им жидкости.
В соответствии с положениями гидравлики, гидравлический диаметр dr отверстия определяется из формулы dr=4f/П, где f - площадь отверстия, а П - периметр его сечения. Так, для сечения, ограниченного концентрическими внешней окружностью диаметром D и внутренней диаметром d гидравлический диаметр dr будет равен dr=D-d.
Расчетом гидравлический диаметр сечения, образующегося во входном в напорную камеру отверстии при входе в него движущегося тела, может быть выбран так, что при отстоянии первой перегородки от входа в камеру более трех гидравлических диаметров, снижение кинетической энергии тела и движущейся с ним воды составит от четверти до трети начальной без возникновения гидравлических ударов. Подбором дополнительных к зазору в обтюрации первой от входа перегородки (а при необходимости и второй и последующих) можно обеспечить торможение тела с заранее оговоренными ограничениями на его продольную перегрузку.
Предлагаемая полезная модель поясняется эскизами:
- на фиг.1 изображен продольный разрез одного из возможных вариантов тормозного устройства;
- на фиг.2 - вариант (вид на входное отверстие снаружи) размещения направляющих элементов во входном отверстии напорной камеры.
Устройство включает корпус 1 (фиг.1) напорной камеры с входным для движущегося в окружающей жидкости (в большинстве случаев воде) тела 2 с отверстием 3. Прочная герметичная крышка 4 снабжена эластичным кольцевым демпфером 5 и удерживается быстросъемным замком 6. Напорная камера разделена сменными перегородками 7 и 8, закрепленными между упором 9 и крышкой 4 с помощью сменных распорных деталей 10. В ближайшей к входному отверстию 3 перегородке 7 дополнительно к зазору в обтюрирующем отверстии 11 выполнены проходные для жидкости каналы 12, а сама перегородка установлена от входа на расстоянии a 1>3dr, где dr - гидравлический диаметр входного отверстия 3 при нахождении в нем калиброванной части движущегося тела. Ближайшая к входному отверстию распорная деталь 10 снабжена ножеподобными направляющими 13 (фиг.1 и 2).
Устройство работает следующим образом (фиг.1).
Тело 2 с начальной скоростью вдвигается во входное отверстие 3 и дополнительно с помощью направляющих 13 (фиг.2) центрируется относительно продольной оси корпуса 1 (фиг.1). При этом внутри корпуса (напорной камеры) возникает избыточное по отношению к окружающей среде давление, которое обуславливает торможение тела и истечение через входное отверстие вытесняемой телом воды. Эффективность торможения тела будет определяться не только противодавлением в напорной камере, но и гидродинамическим сопротивлением, возникающим от обтекания входящей в напорную камеру части тела водой с повышенной скоростью движения.
Регрессионная характеристика истечения воды, а, следовательно, и снижение скорости тела, формируется уменьшающейся по мере его перемещения в напорной камере суммарной площадью сечений в сменных перегородках 7 и 8.
Расчетная оценка гидравлических сопротивлений нестационарному движению воды с достаточной точностью в реальных условиях экспериментов весьма проблематична, поэтому с большой вероятностью возникает необходимость корректировки конструктивных размеров каналов для выхода вытесняемой телом воды из напорной камеры, что для легко разборной конструкции полезной модели не будет связано с большими ресурсными и финансовыми затратами.
1. Устройство торможения движущегося в жидкости тела, содержащее напорную камеру с отверстием для его входа, имеющую каналы, связывающие ее внутренний объем с окружающей тело жидкостью, при этом суммарное проходное сечение каналов для вытесняемой телом жидкости уменьшается по направлению хода тела, отличающееся тем, что каналы для вытесняемой жидкости связаны с входным отверстием и направлены в противоположном направлении по отношению к скорости тела, напорная камера разделена неподвижно установленными сменными (не менее одной) имеющими обтюрирующие тело отверстия перегородками, в первой по ходу тела из которых выполнены дополнительные к зазору в обтюрации проходные для жидкости сечения, а упомянутая перегородка размещена в напорной камере на расстоянии от ее входного отверстия не менее трех гидравлических диаметров сечения, образующегося во входном отверстии при входе в него движущегося тела.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сменные перегородки фиксированы в напорной камере между ее дальней к телу стенкой и упором во входном отверстии сменными распорными деталями.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что ближайшая к входному отверстию распорная деталь (или упор) снабжена направляющими элементами для движущегося тела, не препятствующими выходу вытесняемой им жидкости.
