Силовые цилиндры
На рис. 1.5 приведена схема катапульты, предназначенной для запуска ракет относительно небольшой массы. Катапульта выполнена по схеме а (см. рис. 1.1). Для торможения используется пластический элемент 3 в сочетании с окнами сброса давления 9.
Для компенсации непараллельности осей двух цилиндров каждый из них может качаться вокруг оси, перпендикулярной их общей плос-15
кости (на рисунке показана втулка 10 под ось качания). Корпус силового цилиндра 7 и шток 6 могут изготавливаться из низколегированных теплоустойчивых сталей с повышенной теплопроводностью или из легированных с повышенной прочностью. Использование низколегированных сталей с высокой теплопроводностью позволяет снизить перепад температур между наружной и внутренней поверхностями (а значит, и термонапряжения), а также максимальное значение температуры, что в некоторых случаях более важно, чем прочностные показатели. При использовании сталей, прошедших термообработку, необходимо, чтобы максимальная температура стенки не превышала температуры критических точек стали. Окончательный выбор марки стали производится по результатам силовых и тепловых расчетов с учетом зависимости свойств материала от температуры. Для изготовления цилиндра 7 и штока 6 целесообразно использовать калиброванные холоднотянутые трубы без механической обработки внутренней поверхности.
Рис. 1.5. Схема силового цилиндра: а) с резиновыми уплотнениями обтюрирующего типа; б) с металлическими кольцами
На конструкцию цилиндра существенно влияет вид уплотнения. В настоящее время используются два типа уплотняющих устройств: резиновые уплотнения 5, поджимаемые к цилиндру или
штоку силой давления газов (рис. 1.5,а), и чугунные или стальные разрезные кольца, размещаемые в канавках 1, аналогичные компрессионным кольцам двигателей внутреннего сгорания (ДВС) - рис.
1.5,6. Резиновые устройства обеспечивают лучшее качество уплотнения, но могут использоваться только один раз. Они при- вулканизированы к поршню 8 и нижней крышке 4, которые после каждого использования приходится заменять. При использовании разрезных колец необходимо исключить попадание стыка (разреза) кольца в отверстие для сброса давления, так как это может привести к поломке кольца. Учитывая малое число циклов работы системы, можно использовать не чугунные, как в ДВС, а стальные разрезные кольца. Альтернативой являются фторопластовые уплотнения (рис. 1.6), которые прижимаются к необработанной поверхности цилиндра или штока как силой давления, так и дополнительной пружиной (в качестве цилиндра используется холоднокатанная труба, которая дополнительно калибруется холодной протяжкой).
Штоки цилиндров в нижней части соединяются при помощи траверсы 2, имеющей коробчатое или двутавровое сечение. Траверса передает усилие на ускоряемый объект. Для облегчения торможения массу траверсы необходимо всячески уменьшать, поэтому для ее изготовления целесообразно использовать высокопрочные марки стали (например, 12Х2НВФА), титан или углепластик.
В катапультах, предназначенных для ускорения ракет космического назначения, для уменьшения нагарообразования и частичного снижения теплового воздействия после завершения процесса катапультирования и сброса давления целесообразно предусмотреть возможность продувки газовых полостей сжатым азотом, который под небольшим давлением (0,1-0,2 МПа) подводится в среднюю часть коллектора. Время продувки выбирается таким образом, чтобы объем подведенного азота (при атмосферном давлении) в несколько раз превышал объем каналов и цилиндров.
В катапультах всегда имеется замково-стопорное устройство, которое удерживает или объект, или траверсу со штоками в на-
чальном положении до начала катапультирования. Объект вместе с подвижными частями катапульты начинает двигаться после того, как сумма сил (силы давления в газовых цилиндрах за вычетом проекций силы тяжести и переносной силы инерции, связанной с движением носителя, а также силы трения) станет больше чем сила удержания замково-стопорного устройства.
Могут применяться следующие варианты замково-стопорных устройств:1) с принудительным расстопориванием (например, с пироболтами, срабатывающими по сигналу от сигнализатора давления в ГГ);
2) с механическим разрушением удерживающего элемента. Используется разрывной болт или иные разрушаемые соединения. Отделение происходит после того, как сила давления в газовых цилиндрах превзойдет усилие разрушения удерживающего элемента;
3) с газовым приводом. Стопорный цилиндр соединен трубопроводом с рабочим объемом газового цилиндра или промежуточным трубопроводом, соединяющим ГГ с цилиндрами. Под действием заданного давления поршень стопорного цилиндра перемещается и объект расстопоривается.
Как показывают расчеты, усилие удержания в замково-стопорном устройстве несущественно влияет на скорость выхода ракеты, хотя с изменением силы для обеспечения эффективного старта должны изменяться геометрические характеристики заряда ГГ, особенно первой ступени. Значение этой силы должно исключить несанкционирование отделение объекта от катапульты.
1.5.