Катапульта

Катапульта, приспособление для искусственного уменьшения взлетного разбега самолетов и сообщения им взлетной скорости, при заданном ускорении, за счет добавочной энергии двигателя К. Применяется для сбрасывания колесных самолетов с кораблей, не имеющих взлетных палуб, и для сбрасывания морских самолетов непосредственно с палуб, на ходу корабля, не останавливаясь для спуска их на воду для взлета; К. может быть применена для взлета с малых аэродромов быстроходных легких самолетов, имеющих приспособление для уменьшения посадочной скорости и перегруженных самолетов большого радиуса действия.

Конструкции К. состоят из следующих главных частей: тележки для установки самолета, дорожки, по которой происходит разбег, и механизма, сообщающего тележке с самолетом требующееся ускорение. Современные К. можно классифицировать след, обр.: а) по роду энергии, применяемой для сообщения самолету взлетной скорости, на: 1) пневматические, 2) овые, 3) инерционные; б) по конструкции на: 1) неподвижные, 2) поворотные и 3) поворотноперека-тывающиеся.

К. пневматические состоят из фермы, (фигура 1), верхние прогоны А которой служат

рельсами для скольжения тележки С с самолетом. Конструкция фермы должна выдерживать вертикальные, боковые и инерционные нагрузки, получающиеся при вибрациях корабля и при спусках самолета на ходу. Запас прочности должен быть не меньше 4. Тележка перемещается на роликах О или салазках. Самолет удерживается на тележке от сдвига назад специальными крюками К. Торможение тележки в конце ее хода происходит при помощи пружинных, пневматических, гидравлич. или электрич. тормозов R,зажимающих специальные ножи тележки, врезающиеся между тормозными колодками. Нажим тормозов, как и освобождение стопора тележки, должен происходить одновременно и автоматически при повороте спусковой ручки К. Пневматический механизм

К. состоит из рабочего, открытого с одной стороны, цилиндра, поршня и штока с ползунами, скользящими в параллелях, укрепленных к набору фермы. Шток поршня соединен с ним при помощи шарового подшипника, чем обеспечивается правильная работа ползунов в случаях неточной установки параллелей. На конце штока установлены шкивы D (2 или 3) подвижной обоймы талей; другая система шкивов F укрепляется неподвижно либо к головной части цилиндра либо к иной части набора фермы. Тяговой трос В крепится одним концом к ферме, обходит по шкивам талей через блоки в конце фермы и присоединяется к тележке. Ход поршня выбирается от */₄ до % хода тележки К. Преобразование прямолинейного движения поршня в прямолинейное движение тележки осуществляется при помощи 4- или 6-шкивных талей, причем приведение в движение систем неподвижных и подвижных блоков и троса составляет главную часть вредных сопротивлений, достигающих в этих типах К. около 30 — 40% всей работы механизма. Запас прочности троса и всех движущихся частей катапультного механизма не должен быть меньше 4. Воздух в рабочий цилиндр К. поступает из резервуара сжатого воздуха, располагаемого обычно вблизи рабочего цилиндра между стержнями фермы. Между цилиндром и резервуаром устанавливается клапан, открывающийся сжатым воздухом при повороте спусковой ручки К. и впускающий воздух в рабочий цилиндр. Чтобы избежать большого падения рабочего давления в цилиндре при расширении впущенного туда воздуха, объём резервуара выбирают не меньше 2,5—3 рабочих объёмов цилиндра. Давление воздуха в резервуаре обычно бывает до __ ^

80—85 aim. Движение САА —·

тележки во время пробега выгодно выбирать равноускоренным, так как при таком характере движения для сооб- _фиг_ ₂.

щения тележке заданной скорости на заданной длине пути ускорения, а следовательно, и действующие усилия должны получиться наименьшими. Для избежания толчков в начале и в конце движения, которые получаются в случае внезапного возрастания и убывания величин ускорения, небольшие части пути в начале и конце движения тележки оставляют для плавного увеличения и убывания ускорения. Тогда весь путь тележки по характеру ее движения разобьется на три участка, причем на первом (I) и последнем (III), коротких участках,происходит изменение ускорений. по линейному закону, а на среднем (II), длинном участке, происходит возрастание скорости при постоянном ускорении. Теоретические кривые ускорений (I) и скоростей (.3) показаны на фигуре 2, где пунктиром отмечены практические кривые; получить изменения ускорений по прямым практически очень трудно. На фигуре 2 А — полная длина, В—рабочая длина катапульты, С— длина тележки, D—длина торможения. Для постепенного увеличения ускорения тележ-I ки с момента, когда трогается вся система,

Фигура 2.

до начала второго участка пути применяется устройство постепенно открывающегося воздушного клапана, которое дает постепенно нарастающее давление в цилиндре, или сам поршень при своем движении лишь постепенно открывает канал, через к-рый сжатый воздух поступает в цилиндр, причем полностью этот канал открывается к моменту начала второго участка пути. Второй способ регулировки поступления воздуха в рабочий цилиндр осуществляется помощью специально профилирован, штыря, устанавливаемого на донышке поршня и входящего в канал на головной части цилиндра, через который поступает воздух из резервуара; Изменение ускорений тележки К. на последней части пути производится выпусканием воздуха из рабочего цилиндра либо через специальный клапан, открывающийся автоматически в нужный момент, либо открытием окон в цилиндре, производимым самим поршнем. Давление в резервуаре устанавливают перед спуском в зависимости от полетного веса самолета, руководствуясь специальными таблицами. овые К. отличаются от пневматических устройством рабочих цилиндров и отсутствием резервуаров; тормозное и стопорное устройства м. б. также иные. Рабочим веществом являются медленно горящие а. определенного заряда происходит в специальной камере, откуда газы поступают в газовый приемник и через каналы в рабочий цилиндр, или производится целый ряд малых ов, происходящих по мере движения поршня в цилиндре. Количество чатого вещества меняется в зависимости от полетного веса самолета.

Инерционные К. работают энергией быстровращающегося маховика, преобразуя вращательное его движение в поступательное движение тележки при посредстве барабана специальной формы. Схема устройства показана на фигуре 3. Маховик М приводится во вращение мотором А (электрическим, бензиновым, паровым или пневматическим) через посредство разобщающейся муфты М_г, которую выключают после того, как маховик получит требуемую скоростьвраще-ния. При разобщении муфты М₁ автоматически включается электромагнитная, дисковая конич. или пневматич. муфта М₂, соединяющая барабан В с маховиком. Нажатие муфты М₂ должно происходить постепенно и автоматически, чтобы сначала обтянуть трос, а затем постепенно и без удара сообщить ци-линдрич. барабану В ускоренное вращательное, а тележке поступательное движение, с заданными ускорениями. Если муфта М₂служит только для присоединения барабана к маховику, то постепенность изменения ускорений тележки достигается соответственной формой барабана переменного диаметра. После того как барабан сделает определенное число оборотов, он автоматически разъединяется муфтой Ж₂ от маховика, и одновременно начинается его торможение автоматич. тормозом Т. Торможение тележки производится в конце разбега, как и у других .К. Весь механизм располагается внутри фермы и должен быть легко доступен для осмотра и проверки, а также хорошо защищен от проникновения в отдельные части его пыли, грязи и воды. Для проверки исправности всей установки перед спуском применяется специальный контрольный прибор Z, состоящий из небольшого маховика и барабана. Навернутый на барабан трос проходит через направляющие шкивы W и укрепляется перед пробой катапульты к тележке S. Затем производится спуск пустой тележки. Движущаяся по рельсам R тележка

тянет за собой трос прибора и сообщает его барабану и соединенному с ним муфтой маховичку вращательное движение. При дости-я{ении тележкой конца своего хода маховичок автоматически отключается от барабана и продолжает вращаться, в то время как барабан автоматически тормозится. По числу об/м. маховичка, указываемого тахометром, получаем конечную скорость тележки и работу, произведенную К.

Для корабельных установок конструкция К. должна удовлетворять следующим главным требованиям: 1) работать при качке корабля; 2) иметь стопорное приспособление для любого положения К.; 3) иметь добавочные ходовые крепления самолета на тележке; 4) иметь удобное, надеящое и быстрое поворотное самотормозящее устройство и устройство для перекатывания (если таковое предусматривается);

5) иметь удобный подвод воздухопровода от судовых магистралей, не мешающий повороту К.; 6) иметь удобные подножки и трапы для работы у К. и самолета; 7) иметь надежную смазку всех подвижных частей механизмов; 8) не иметь в конструкции частей из легко разъедаемых материалов; 9) допускать удобную и быструю разборку механизмов и замену их частей; 10) не требовать сложных маниций при обслуживании и уходе.

Сравнение различных типов К. а) II н е в м а т и ч е с к а я К.: 1) требует компрессорной установки; 2) требует времени на подготовку и зарядку баллонов; 3) проста в конструктивном отношении и потому дешева в изготовлении; 4) не имеет быстро изнашиваемых частей, кроме троса, и потому дешева в эксплуатации; 5) имеет малый кпд; 6) не требует особого ухода; 7) допускает легкую регулировку величины взлетной скорости в пределах запаса мощности механизмов, путем изменения рабочего давления в резервуаре, б) II о р о х о в а я К.: 1) не требует никаких вспомогательных установок; 2) не требует времени на подготовку спуска; 3) более сложна в части конструкции цилиндра и дороже в изготовлении; 4) быстро изнашиваемые части ного устройства и трос удорожают экенлоатацию; 5) имеет малый кпд; 6) не требует особого ухода; 7) регулировка взлетной скорости возможна только с небольшой степенью точности в пределах наличия зарядов, в) И н е р ц и о н и а я К.; I) не требует вспомогательных установок; 2) требует времени на раскручивание маховика; 3) сложна в конструктивном отношении, имеет много частей, требующих точной пригонки и тщательного ухода; 4) быстрое изнашивание главных частей механизма; 5) работа троса более нормальна;

6) повышенный кпд благодаря отсутствию талей;

7) требует хорошего ухода, тщательной проверки и хорошей защиты частей от атмосферных влияний;

8) регулировку скоростей допускает в небольших пределах путем изменения числа оборотов маховика; для больших изменений реяшма работы требует установки барабанов других размеров,

Если расчет производится для заданного самолета, то из аэродинамического расчета нам известны следующие величины: вес самолета G, площадь несущих поверхностей S, размах самолета L, мощность метора N, скорость горизонтальная V и скорость посадочная V_пос,.

Определение длины рабочего хода тележки (разбега). Как показали исследования, чтобы осуществить нормальный безопасный взлет при безветрии, необходимо дать самолету скорость, соответствующую коэффициенту подъемной силы коробки С_у =0,4. Тогда У_вм.—скорость, которую должен иметь самолет при взлете, определяется формулой (в м/ск.):

ν_β3,_ι.=γ^Γ (1)

Задавая соответствующее ускорение j, найдем длину разбега (в м):

Обратно, если задана предельная длина разбега в зависимости от местных условий или специальных требований, то по формуле (2) определяем j и проверяем допустимость его величины для здоровья человека. Если величина j получится недопустимой, то для данного самолета разбег заданной величины не осуществим и приходится либо удлинить разбег либо применять в данных условиях другой самолет с меньшей взлетной скоростью.

Расчет двигателя К. с талями. Установив длину хода тележки I и выбрав передаточное число талей г, найдем ход поршня цилиндра ?!=1:г. Передаточное число талей рекомендуется выбирать возможно малым, т. к., увеличивая ход поршня, мы имеем возможность легче осуществить плавность изменения давлений на поршень, а следовательно, и плавность нарастания ускорений тележки. Зная вес самолета Q и задаваясь ориентировочно весом тележки, получим массу М, которой необходимо сообщить ускорение j. Обозначив потребную силу через К, получаем:

K=jM=ag~ — aG, (3)

где сила на тросе у тележки во столько раз больше веса G, во сколько выбранное ускорение больше ускорения силы тяжести д. По полученной К подберем трос и назначим размеры всех подвижных частей механизма К., как то: шкивов, блоков, штока, поршня, ползунов, троса. Находим живые силы движущихся частей в момент спуска, определяя скорость их в частях известной нам конечной скорости тележки У_езл_. Для троса скорость по длине его меняется от У_взл. до 0, и можно считать, что ²/₃ его общей длины имеют скорость ν_β3Λ. Скорость подвижных шкивов, штока поршня и поршня F_M.=Σψ^·. Окружная скорость переднего шкива и двух первых шкивов талей будет ; скорость вторых и третьих шкивов—²/₃F_e,._<. и ¹/_яУ_взл. Установив эти величины, находим живые силы V₂wn² для каждой движущейся части,

а затем суммируем их и получаем полную живую силу всей движущейся системы

2 ь ^т^² кем. Задавшись кпд всей системы η,

получим потребную работу механизма: 2*

mV‘

А=-

(4)

Величина η изменяется от 0,6 до 0,75.

Сила, действующая на поршень. Полагаем, что давление в рабочем цилиндре в первый период возрастает от 0 до максимума на длине хода поршня затем поддерживается постоянным ненова на пути А₂1_г падает до нуля. Давление воздуха считаем постоянным на протяжении части хода поршня, равной:

тогда сила Р (в килограммах), действующая на поршень, определяется из ф-лы:

A=Ph( (⁵)

откуда р =__А____

Давление на поршень р (в кг/см²) находим, задаваясь диаметром его и определив его площадь F (в см^г), по ф-ле:

Р“у· (в)

Усилия для торможения тележки. Задавшись длиной пути торможения 1₂, зная скорость F₀ тележки в момент начала торможения, ее вес Сд и задавшись равномерно замедленным движением ее на этом пути, получим из ур-ий движения величины ускорения j (в м/ск²) и продолжительности торможения t (в ск):

^{= и t=}v-

Тормоза должны развить силу Р_г (в килограммах):

Pi=Yj=j-xg=xGi.

Выбор ускорений и влияние величин их на человека. Опыты в Америке, произведенные летчиком Дулитль (Doolittle) в марте 1924г., показали, что ускорения в полете, при производстве различных фигур, доходят до 7,2—7,4 д. В Германии придерживаются мнения, что лишь ускорение в 4—5 д становится опасным и что ускорение в 2,5 д в течение 1—4 ск. м. б. допущено без всяких вредных последствий для любого рядового летчика. С другой стороны, ускорения до 2,5 д дают обстановку взлета, ничуть не отличающуюся от нормальной в смысле визуальных ощущений, почему взлет при таком ускорении не требует специальной тренировки летчиков и усвояется ими с первого раза. На этом основании не следует выбирать ускорений выше 2,5—4 д, считая, что приближение к верхнему пределу уже невыгодно в эксплуатации, хотя и допустимо как безопасное.