Контейнер для полетного регистратора

Контейнер для полетного регистратора

Реферат

 

Изобретение относится к оборудованию летательных аппаратов. Контейнер для полетного регистратора содержит разъемный корпус, в котором размещена многослойная оболочка, образующая полость для полетного регистратора, который сам имеет защитную оболочку. Многослойная оболочка состоит из нескольких слоев, выполненных из материалов с разными физическими свойствами и образующих вакуумированные полости и полости, заполненные жидкостью и частицами вещества, имеющими высокую температуру кипения. На поверхности многослойной оболочки выполнен каркас из ребер и колец, которые при ударе вместе со слоями многослойной оболочки обеспечивают смещение центра масс и уменьшают ударную нагрузку на полетный регистратор. Ребра и кольца уменьшают также глубину погружения контейнера при ударе о Землю. Между ребрами и кольцами может быть размещено пористое тело, в порах которого содержится вещество, имеющее высокую температуру кипения. Изобретение направлено на повышение стойкости до температуры не менее 1200°С. 15 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к авиации и космонавтике, а более точно к контейнерам для полетных регистраторов (черных ящиков).

Известен контейнер, выполненный в виде разъемного корпуса, включающего наружную оболочку из относительно жесткого и легкого материала и внутреннюю оболочку из гибкого материала (патент США N 4655418, МПК B 64 D 1/14). Наружная оболочка выполнена из материала, который при ударе дробится с поглощением энергии. Однако контейнер не может защитить от значительных перегрузок при ударе о твердую поверхность. Такой контейнер не может выдерживать высокие тепловые нагрузки.

Известен контейнер преимущественно для десантируемых аэрокосмических объектов, выполненный в виде разъемного корпуса и содержащий каркас и многослойную оболочку (прототип, патент РФ N 2131828, МПК B 64 D 1/14). Первый внутренний слой оболочки выполнен из высокопрочного упругого материала, а все последующие слои выполнены с уменьшающейся упругостью и прочностью и увеличивающейся деформируемостью в направлении от внутреннего к внешнему слою. Первый слой может быть выполнен из высокопрочной упругой стали, второй слой - из вязкой стали, третий слой - из оловянистой бронзы, наружный четвертый слой - из мягкого металла.

Однако описанный контейнер может защитить полетный регистратор в тех случаях, когда внешняя температура не превышает 1100^oC. Кроме того, известный контейнер может при ударе с большой скоростью о поверхность Земли погружаться на достаточно большую глубину, что затрудняет его поиски.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение термостойкости контейнера, который должен выдерживать нагревание всей поверхности контейнера до температуры выше 1100^oC. Кроме того, технической задачей настоящего изобретения является создание контейнера, который в большей степени сопротивляется погружению в Землю и ударным нагрузкам.

Сущность изобретения заключается в том, что контейнер для полетного регистратора, выполненный в виде разъемного корпуса из двух симметричных частей, содержит полость для полетного регистратора, многослойную оболочку вокруг указанной полости и каркас из прикрепленных к внешнему слою многослойной оболочки колец и ребер.

Первый, внутренний слой многослойной оболочки выполнен из упругого высокопрочного материала, второй слой выполнен из вязкой незакаленной стали, третий слой выполнен из мягкого металла, четвертый, наружный слой выполнен из мягкого металла, слои многослойной оболочки с первого по четвертый выполнены из материалов с уменьшающейся упругостью и увеличивающейся деформируемостью в направлении от внутреннего к наружному слою.

Между третьим и четвертым слоями расположена полость, заполненная синтетическим маслом и имеющая трубку отвода газов и пробку.

Контейнер отличается тем, что он снабжен первым дополнительным слоем из металла с температурой плавления выше 1600^oC, вторым дополнительным слоем из металла с температурой плавления выше 1600^oC, дополнительной трубкой отвода газов, дополнительной пробкой, причем первый дополнительный слой прикреплен к первому, внутреннему слою оболочки, между первым дополнительным слоем и вторым дополнительным слоем расположена герметизированная полость с вакуумом, второй дополнительный слой содержит полость, заполненную частицами, имеющими температуру кипения от 623 до 850^oC, дополнительная трубка отвода газов прикреплена ко второму дополнительному слою, сообщается с его полостью, выходное отверстие дополнительной трубки расположено на поверхности второго слоя и закрыта дополнительной пробкой, выходящей на внешнюю поверхность многослойной оболочки.

В другом варианте в контейнере первый и второй дополнительные слои выполнены из титана.

В другом варианте контейнер содержит пористое тело, поры которого заполнены веществом, имеющим температуру плавления от 800 до 1000^oC, причем пористое тело расположено между ребрами и кольцами каркаса и выполнено из материала, который является смачиваемым по отношению к содержащейся в его порах при высокой температуре жидкости из расплавленного вещества.

В другом варианте пористое тело выполнено из керамики.

В другом варианте пористое тело выполнено из металла.

В другом варианте пористое тело выполнено из стали.

В другом варианте пористое тело выполнено из меди.

В другом варианте первый внутренний слой оболочки изнутри, наружный слой оболочки, ребра и кольца покрыты материалом с температурой плавления более 1600^oC.

В другом варианте первый внутренний слой многослойной оболочки изнутри, внешний слой многослойной оболочки, ребра и кольца имеют покрытие из сплава титана со стронцием гексаборидом.

В другом варианте у контейнера снаружи многослойная оболочка покрашена вспучивающейся при температуре выше 800^oC краской.

В другом варианте у контейнера снаружи пористое тело покрашено вспучивающейся при температуре выше 800^oC краской.

В другом варианте вспучивающаяся при высокой температуре краска представляет собой полимерцемент.

В другом варианте вспучивающаяся при высокой температуре краска представляет собой полимербетон.

В другом варианте полость второго дополнительного слоя заполнена частицами, выбранными из группы таллия бромид, таллия иодид, гидрид лития, кадмий, хлорид олова, бромид цинка и бромид олова.

В другом варианте ребра расположены в параллельных между собою плоскостях, расположенных перпендикулярно кольцам контейнера.

В другом варианте многослойная оболочка выполнена в форме эллипса или куба.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан контейнер для полетного регистратора (одна часть корпуса контейнера показана в разрезе); на фиг. 2 показана одна часть корпуса контейнера в разрезе с пористым телом и ребрами каркаса, лежащими в параллельных друг другу плоскостях, перпендикулярных плоскости кольца каркаса; на фиг. 3 - внешний вид половины корпуса контейнера с ребрами каркаса, лежащими в плоскостях, имеющих одну общую прямую пересечения, перпендикулярную плоскости кольца каркаса; на фиг. 4 - внешний вид половины корпуса контейнера с ребрами каркаса, лежащими в параллельных друг другу плоскостях, перпендикулярных плоскости кольца каркаса. На фигурах обозначено: 1 - первая часть корпуса; 2 - вторая часть корпуса, показанная в разрезе; 3 - первый слой многослойной оболочки; 4 - второй слой многослойной оболочки; 5 - третий слой многослойной оболочки; 6 - четвертый слой многослойной оболочки; 7 - полость между четвертым и третьим слоями многослойной оболочки; 8 - покрытие из материала с повышенной температурой плавления; 9 - первый дополнительный слой многослойной оболочки; 10 - второй дополнительный слой многослойной оболочки; 11 - полость между первым и вторым дополнительными слоями; 12 - полость внутри второго дополнительного слоя; 13 - частицы в полости второго дополнительного слоя; 14 - трубка отвода газов; 15 - пробка; 16 - дополнительная трубка отвода газов; 17 - дополнительная пробка; 18 - слой вспучивающейся краски; 19 - ребро каркаса; 20 - кольцо каркаса; 21 - пористое тело; 22 - полость для полетного регистратора; 23 - крепежное отверстие в кольце; 24 - многослойная оболочка; 25 - отверстие для дополнительной пробки; 26 - отверстие для пробки.

На фиг. 1 показан контейнер для полетного регистратора (далее - контейнер). В качестве примера выполнения изобретения описывается предпочтительный вариант контейнера для полетного регистратора.

Контейнер на фиг. 1 имеет форму шара, хотя он может иметь также форму эллипса или куба. В любом случае он состоит из корпуса, имеющего две симметричные части 1 и 2. Обе части корпуса контейнера содержат многослойную оболочку, состоящую из первого слоя 3, второго слоя 4, третьего слоя 5, четвертого слоя 6, первого дополнительного слоя 9 и второго дополнительного слоя 10. Многослойная оболочка корпуса контейнера имеет полость 22 для размещения полетного регистратора. Контейнер также содержит каркас, показанный на фиг. 2 и состоящий из колец 20 и ребер 19, прикрепленных к верхней наружной поверхности многослойной оболочки 24.

Нумерация слоев с первого по четвертый идет по направлению изнутри наружу, причем слои оболочки с первого по четвертый выполнены из материалов с уменьшающейся упругостью и увеличивающейся деформируемостью в направлении от внутреннего к наружному слою.

Второй слой 4 выполнен из вязкой, незакаленной стали, например из мартенситностареющей стали [1] , толщиной 5-8 мм. Эта сталь обладает высокими технологическими и механическими свойствами: нехрупкая, упругая, с высокими пластическими характеристиками, обладает ударной вязкостью. Упрочнение стали достигается за счет изменения содержания никеля в стали [1, 2]. Это дает возможность иметь у стали одновременно прочность и ударную вязкость в 1,5-2 раза выше, чем у той же стали, подвергшейся закалке с низким отпуском [1, 2, 4].

Первый слой 3 многослойной оболочки толщиной 2 мм образуется на внутренней поверхности второго слоя 4 методами внедрения и уплотнения стали второго слоя. Он может быть выполнен с помощью цементации, цианирования, нитроцементации.

На первый слой 3 многослойной оболочки изнутри наносится покрытие 8 толщиной 2-3 мм из материала с температурой плавления более 1600^oC. Покрытие первого слоя может быть выполнено из сплава титана со стронцием гексаборидом, из титана диборида или из титана.

Третий слой 5 выполнен из мягкого металла, например из оловянистой бронзы [3] или кадмия, толщиной 2-3 мм.

Четвертый слой 6 выполнен из мягкого металла, например из бронзы, толщиной 2-3 мм.

Между четвертым слоем 6 и третьим слоем 5 имеется полость 7, расстояние между четвертым слоем и третьим слоем при этом составляет 3-5 мм. В эту полость 7 залита жидкость, например синтетическое масло.

К четвертому слою 6 крепится трубка 14 отвода газов из полости 7. Трубка 14 имеет закрытое пластиковой пробкой 15 отверстие на поверхности контейнера.

Четвертый слой 6 имеет покрытие 8 толщиной 2-3 мм из материала с повышенной температурой плавления такое же, как и первый слой 3.

К внешнему слою многослойной оболочки крепятся ребра 19 каркаса и кольца 20 каркаса (фиг. 2). Ребра 19 каркаса могут размещаться на многослойной оболочке 24 так, что они оказываются расположенными в плоскостях, имеющих одну общую прямую пересечения, перпендикулярную плоскости колец 20 (как показано на фиг. 3). Или ребра 19 могут располагаться на многослойной оболочке 24 так, что все они расположены в параллельных друг другу плоскостях, перпендикулярных плоскости, в которой расположены кольца 20 (как показано на фиг. 4). Ребра имеют ширину 15-30 мм и выполнены из полос бронзы или сплавов железа толщиной 3-5 мм.

Кольца 20 могут быть изготовлены из титана и могут иметь ширину от 40 до 65 мм и толщину 3-5 мм. Кольца приварены к оболочке и имеют несколько отверстий 23 для соединения двух частей 1 и 2 корпуса болтами и гайками.

Ребра 19 и кольца 20 могут иметь покрытие из материала с температурой плавления более 1600^oC такое же, как и покрытие первого слоя.

Многослойная оболочка содержит также первый дополнительный слой 9 и второй дополнительный слой 10 из металла с температурой плавления выше 1600^oC, например из титана. Первый дополнительный слой 9 прикреплен к первому слою 3. Между первым дополнительным слоем 9 и вторым дополнительным слоем 10 имеется герметизированная полость 11 и в ней образован вакуум.

Второй дополнительный слой 10 имеет полость 12, которая заполнена частицами (кристаллами или шариками) вещества, имеющего температуру кипения от 623 до 850^oC, в зависимости от требований, предъявляемых к контейнеру. Веществами, используемыми для частиц в полости второго дополнительного слоя, могут быть таллий бромид, таллий иодид, гидрид лития, кадмий, хлорид олова, бромид цинка, бромид олова.

Ко второму дополнительному слою крепится дополнительная трубка отвода газов 16 из полости 12 второго дополнительного слоя 10. Диаметр трубки 16 составляет 10 мм, толщина стенки трубки - 2 мм, отверстия трубки 16 выходят в полость 12 (с одной стороны) и на второй слой 4 многослойной оболочки контейнера (с другой стороны), где отверстие дополнительной трубки 16 закрыто специальной дополнительной пробкой 17, выполненной в виде конуса. Верхняя часть пробки 17 находится на поверхности многослойной оболочки 24 (отверстие 25 на фиг. 3 и 4), а сама пробка 17 погружена конусом во второй слой 4. Пробка 16 выполнена из мартенситностареющей стали или бронзы. Снаружи пробка 16 находится на уровне покрытия четвертого слоя и тоже покрыта материалом с температурой плавления более 1600^oC. Пробка 16 сделана конусообразной, чтобы воспрепятствовать проникновению воды внутрь оболочки при больших давлениях, когда контейнер находится под водой. Если контейнер оказывается при повышенной температуре, то пробка 16 выталкивается наружу газами, образующимися в полости 12 второго дополнительного слоя 10.

Внутри второго дополнительного слоя 10 в полости 22 размещается полетный регистратор (не показан). Полетный регистратор имеет корпус, который защищает спасаемые электронные схемы регистратора при температурах до 1000^oC. Четвертый слой 6 многослойной оболочки снаружи (поверх покрытия из материала с высокой температурой плавления, если оно имеется) выкрашен вспучивающейся при температуре свыше 800^oC краской 18. Такой краской может быть, например, полимерцемент или полимербетон. Полимерцемент представляет собой, например, смесь цемента, окиси алюминия и высокомолекулярного связующего вещества, например смолы какого-либо типа. Краской также может быть асбопластик или битумный пластик.

Между ребрами 19 и кольцами 20 может быть размещено пористое тело 21 (фиг. 2) с диаметром пор, например, от 0,1 до 0,8 мк, заполненных веществом, имеющим температуру плавления от 800 до 1000^oC, причем пористое тело выполнено из материала, который является смачиваемым по отношению к образующейся в его порах при высокой температуре жидкости из расплавленного вещества. Пористое тело может быть выполнено из керамики или из металла, например из стали или меди. Вещество в поры пористого тела может быть введено под давлением.

Слои многослойной оболочки 24 при сборке каждой из частей контейнера привариваются к кольцу 20, которое имеет крепежные отверстия 23. Затем в полость внутри контейнера вставляется полетный регистратор, проводники от электронных схем регистратора размещаются в специальной трубке, которая не показана, и выводятся наружу контейнера. Первая 1 и вторая 2 части корпуса контейнера соединяются в отверстиях 23 с помощью нескольких болтов с гайками, причем между кольцами может быть использована прокладка. Затем под давлением через дополнительную трубку загружаются в полость 12 второго дополнительного слоя 10 частицы вещества, и дополнительная трубка 16 закрывается дополнительной пробкой 17. В полость между третьим 5 и четвертым 6 слоями через трубку 14 для отвода газов наливают синтетическое масло и закрывают трубку пробкой 15.

Контейнер для полетного регистратора используется (работает) следующим образом. При падении контейнера происходит столкновение контейнера с земной или водной поверхностью. При падении контейнера вместе с обломками летательного аппарата может происходить взрыв, в результате которого обломки летательного аппарата могут воздействовать с большой силой на контейнер. В любом случае происходит удар с воздействием и поглощением значительного количества кинетической энергии. В первоначальный момент происходит взаимодействие с поверхностью ребер 19 и колец 20 каркаса и внешнего слоя контейнера, которые, деформируясь, поглощают часть энергии. После этого происходит деформирование по очереди всех последующих слоев многослойной оболочки 24 с соответствующим растягиванием времени удара. Первый слой 3 воспринимает удар упруго, не разрушаясь. Дополнительные слои из титана обеспечивают дополнительную прочность контейнера.

Следует подчеркнуть, что при соприкосновении многослойной оболочки 24 с деталями разлома летательного аппарата, центрального удара по полетному регистратору, находящемуся внутри полости 22 многослойной оболочки 24, не происходит за счет смещения при контакте центра масс в контейнере, при этом за счет распределения энергии удара в жидкости и многослойности структуры контейнера происходит "размазывание" удара по различным элементам контейнера, так что сохраняется целостность полетного регистратора. Этот же эффект смещения центра масс обеспечивают ребра 19 и кольца 20 каркаса контейнера, которые прогибаются при ударе и поворачивают контейнер, при этом направление удара смещается. Кроме того, при падении контейнера на Землю ребра 19 и кольца 20 значительно уменьшают глубину погружения контейнера в Землю. Эллипсовидная или кубическая форма контейнера также уменьшает глубину погружения контейнера.

Если контейнер при спуске попадает в плотные слои атмосферы и нагревается или если в случае аварии он попадает в среду горящих обломков, то вспучивающаяся краска (например, полимерцемент), которой покрыт контейнер, при высокой температуре вспучивается образующимися в ней газами, при этом цемент поднимается над многослойной оболочкой 24 контейнера и отделяет от ее поверхности огонь. В пористом теле 21 под воздействием высокой температуры кипит находящееся в порах вещество, при этом уменьшается воздействие высокой температуры на контейнер. Ребра 19 каркаса контейнера плавятся, на что тратится тепло, поступающее на поверхность контейнера.

Покрытие 8 многослойной оболочки контейнера, выдерживающее высокую температуру, поддерживает форму контейнера. Под воздействием тепла кипит и испаряется синтетическое масло, находящееся в полости 7, причем образующиеся газы выходят через трубку 14 для отвода газов, которая открывается, так как давление в полости выталкивает пробку 15. Плавятся четвертый 6 и третий 5 слои и кипят. Плавятся также второй 4 и первый 3 слои, если температура превышает 1050^oC. Первый и второй дополнительные слои поддерживают форму контейнера при высокой температуре (до 1660^oC), а полость 11 с вакуумом затрудняет проникновение тепла в полость 22, где находится полетный регистратор. Частицы в полости 12 второго дополнительного слоя 10 испаряются при температуре около 850^oC, при этом поддерживается допустимая температура в полости 22 полетного регистратора, который, как обычно, имеет собственную теплозащитную оболочку.

Контейнер обеспечивает сохранность полетного регистратора при нахождении всей поверхности контейнера при температуре не менее 1200^oC в течение получаса.

При попадании контейнера в воду на большую глубину его многослойная конструкция, укрепленная ребрами и кольцами, позволяет хорошо сопротивляться высоким давлениям на большой глубине.

Описанный контейнер может использоваться для защиты полетных регистраторов в различных летательных аппаратах, в том числе, в самолетах, вертолетах и на космических кораблях.

Изобретение является промышленно применимым, так как при изготовлении контейнера применяются известные материалы и технологии.

Литература 1. Технология металлов. - М: Металлургия, 1994.

2. Геллер Ю.А., Погодин-Алексеев Г.И., Рахштадт А.Г. Металловедение. - М: Металлургия, 1967.

3. Слоистые металлургические композиции. - М.: Металлургия, 1986 г.

4. Тарасов А. М. Теория удара и его описание с помощью радиального уравнения теплопроводности. - Жуковский: Препринт, 1997.

Формула изобретения

1. Контейнер для полетного регистратора, выполненный в виде разъемного корпуса из двух симметричных частей, содержащий полость для полетного регистратора, многослойную оболочку вокруг указанной полости и каркас из прикрепленных к внешнему слою многослойной оболочки колец и ребер, причем первый внутренний слой многослойной оболочки выполнен из упругого высокопрочного материала, второй слой выполнен из вязкой незакаленной стали, третий слой выполнен из мягкого металла, четвертый наружный слой выполнен из мягкого металла, слои многослойной оболочки с первого по четвертый выполнены из материалов с уменьшающейся упругостью и увеличивающейся деформируемостью в направлении от внутреннего к наружному слою, между третьим и четвертым слоем расположена полость, заполненная синтетическим маслом и имеющая трубку отвода газов и пробку, отличающийся тем, что он снабжен первым дополнительным слоем из металла с температурой плавления выше 1600^oC, вторым дополнительным слоем из металла с температурой плавления выше 1600^oC, дополнительной трубкой отвода газов, дополнительной пробкой, причем первый дополнительный слой прикреплен к первому внутреннему слою оболочки, между первым дополнительным слоем и вторым дополнительным слоем расположена герметизированная полость с вакуумом, второй дополнительный слой содержит полость, заполненную частицами, имеющими температуру кипения 623-850^oC, дополнительная трубка отвода газов прикреплена ко второму дополнительному слою, сообщается с его полостью, выходное отверстие дополнительной трубки расположено на поверхности второго слоя и закрыто дополнительной пробкой, выходящей на внешнюю поверхность многослойной оболочки.

2. Контейнер по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй дополнительные слои выполнены из титана.

3. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что он сдержит пористое тело, поры которого заполнены веществом, имеющим температуру плавления 800-1000^oC, причем пористое тело расположено между ребрами и кольцами каркаса и выполнено из материала, который является смачиваемым по отношению к содержащейся в его порах при высокой температуре жидкости из расплавленного вещества.

4. Контейнер по п.3, отличающийся тем, что пористое тело выполнено из керамики.

5. Контейнер по п.3, отличающийся тем, что пористое тело выполнено из металла.

6. Контейнер по п.5, отличающийся тем, что пористое тело выполнено из стали.

7. Контейнер по п.5, отличающийся тем, что пористое тело выполнено из меди.

8. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что первый внутренний слой оболочки изнутри, наружный слой оболочки, ребра и кольца покрыты материалом с температурой плавления более 1600^oC.

9. Контейнер по п.8, отличающийся тем, что первый внутренний слой многослойной оболочки изнутри, внешний слой многослойной оболочки, ребра и кольца имеют покрытие из сплава титана со стронцием гексаборидом.

10. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что снаружи многослойная оболочка покрашена вспучивающейся при температуре выше 800^oC краской.

11. Контейнер по п.3, отличающийся тем, что снаружи пористое тело покрашено вспучивающейся при температуре выше 800^oC краской.

12. Контейнер по п.11, отличающийся тем, что вспучивающаяся при высокой температуре краска представляет собой полимерцемент.

13. Контейнер по п.11, отличающийся тем, что вспучивающаяся при высокой температуре краска представляет собой полимербетон.

14. Контейнер по п. 1, отличающийся тем, что полость второго дополнительного слоя заполнена частицами, выбранными из группы таллия бромид, таллия иодид, гидрид лития, кадмий, хлорид олова, бромид цинка и бромид олова.

15. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что ребра расположены в параллельных между собою плоскостях, расположенных перпендикулярно кольцам контейнера.

16. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что многослойная оболочка выполнена в форме эллипса или куба.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4