Оглавление:
маркер — субгармонический параметрический рассеиватель
Изобретение относится к пассивным маркерам-ответчикам, являющимся вторичными источниками электромагнитного излучения, которые могут быть использованы в качестве радиоответчика в поисковых системах. Достигаемый технический результат — повышение эффективности за счет лучшего согласования нелинейного элемента и антенной системы. Сущность изобретения заключается в том, что предлагается конструкция нелинейного элемента субгармонического параметрического рассеивателя, являющегося не двухполюсником, а четырехполюсником, соответственно, антенная система субгармонического параметрического рассеивателя может быть изготовлена в виде двух антенн, настроенных на частоты зондирующего сигнала и ответного сигнала на частоте субгармоники зондирующего сигнала, которые, во-первых, более эффективны по сравнению с широкополосной или двухчастотной антенной прототипа, а во-вторых, могут быть лучше согласованы с соответствующими выходами нелинейного элемента. 2 ил.
Рисунки к патенту РФ 2496123
Изобретение относится к пассивным маркерам-ответчикам, являющимся вторичными источниками электромагнитного излучения.
Известен [Бабанов Н.Ю., Горбачев А.А., Ларцов С.В., С.П. Тараканков, Чигин Е.П. Об использовании эффекта нелинейного рассеяния радиоволн при поиске терпящих бедствие на воде // Радиотехника и электроника, 2000, т.45, N6, с.676] нелинейный пассивный маркер в виде нелинейного рассеивателя для размещения на спасательном жилете. Нелинейный рассеиватель представляет собой антенну, нагруженную на нелинейную нагрузку, в которой происходит искажение зондирующего сигнала. В результате нелинейный рассеиватель переизлучает в пространство сигнал на частоте второй гармоники зондирующего сигнала. Использование сигнала, рассеянного на частоте второй гармоники зондирующего сигнала, в качестве информативного признака позволяет селектироваться от отражений границы вода-воздух, не генерирующих гармоники при их облучении. Таким образом, поисковая система, располагаясь на подвижном носителе, излучает в пространство зондирующий сигнал, очищенный от собственных гармоник, а принимает сигнал на частоте второй гармоники зондирующего сигнала. Факт регистрации приемником сигнала на частоте второй гармоники зондирующего сигнала говорит о нахождении в области облучения нелинейного пассивного маркера. Данное техническое решение выбрано в качестве аналога.
Нелинейный пассивный маркер в виде нелинейного рассеивателя обладает целым рядом преимуществ: может быть очень легким и дешевым, не содержит элемента питания, не требует обслуживания, хорошо подходит для размещения на спасательных жилетах, в том числе уже имеющихся. На спасательном жилете всегда можно разместить несколько нелинейных рассеивателей, так чтобы хотя бы один находился над поверхностью воды. Для устранения влияния тела человека [Агрба Д.Ш., Бабанов Н.Ю., Бычков О.Н., Васенкова Л.В., Горбачев А.А., Ларцов С.В., Тараканков С.П., Чигин Е.П. Нелинейные рассеиватели как средства маркировки // Радиотехника, 1998, N10, с.96] предложено использовать для нелинейного пассивного маркера в виде нелинейного рассеивателя антенны с рефлектором, обращенным к телу человека. На нелинейный элемент тело человека влияния не оказывает, так как он является сосредоточенным полупроводниковым прибором. Особенностью данного нелинейного рассеивателя является то, что его нелинейной нагрузкой является диодный мост, эффективно преобразующий зондирующий сигнал в ответный сигнал на частоте второй гармоники зондирующего сигнала. Одновременно мостовая схема, являясь четырехполюсником, позволяет подключить к имеющимся двум входам две антенны, настроенные на разные частоты.
В то же время нелинейные рассеиватели обладают существенным недостатком, а именно малым коэффициентом преобразования мощности зондирующего сигнала в мощность рассеянного сигнала на частоте гармоники. Кроме того, электронные блоки поисковой системы и другие электронные приборы, расположенные на носителе, создают помехи на частоте гармоники и ограничивают чувствительность приемника поисковой системы.
Известно техническое решение [Горбачев П.А. Формирование сигналов системой пассивных субгармонических рассеивателей // Радиотехника и электроника, 1995, т.40, N11, стр.1606-1610] — нелинейный маркер — параметрический рассеиватель в виде электрического диполя, с длиной плеч, равной половине длины волны зондирующего сигнала, нагруженный на параметрический контур, состоящий из переменной емкости, в качестве которой использовался полупроводниковый диод, и проволочной индуктивности. В данной конструкции параметрический контур является открытым колебательным контуром с сосредоточенной переменной емкостью. Принцип работы нелинейного пассивного маркера — параметрического рассеивателя — основан на возникновении параметрической генерации в параметрическом контуре на частоте половинной субгармоники и переизлучении этого сигнала в пространство.
Пассивный маркер — параметрический рассеиватель — по сравнению с нелинейным пассивным маркером в виде нелинейного рассеивателя отличает большая помехозащищенность, поскольку в подавляющем большинстве случаев бытовая и специальная электроника не будут рассеивать сигналы на частотах субгармоник, так-как маловероятно ожидать наличие условий параметрической генерации. Кроме того, для нелинейных пассивных маркеров — параметрических рассеивателей — характерна большая (на один-два порядка) эффективность, по сравнению с нелинейными пассивными маркерами в виде нелинейного рассеивателя.
Указанные свойства нелинейных параметрических рассеивателей указывают на перспективность их использования для маркировки. Поэтому в качестве прототипа принят нелинейный пассивный маркер — параметрический рассеиватель по патенту РФ № 2336538, G01S 13/74, опубл.20.01.2008. Маркер — субгармонический параметрический рассеиватель, состоит из нелинейного элемента, включающего параметрический генератор, и антенной системы, включающей антенну, нагруженную на параметрический генератор, состоящий из индуктивности и нелинейной емкости и настроенный на половинную частоту зондирующего сигнала.
Однако предложенный в прототипе маркер — субгармонический параметрический рассеиватель, как и все известные к настоящему времени параметрические рассеиватели, имеет конструкцию нелинейного элемента в виде двухполюсника, подключенного к антенне. Это предполагает использование антенны с двумя кратными рабочими частотами, эффективная настройка которой — сложная техническая проблема, что и является недостатком прототипа.
В изобретении поставлена задача повышения эффективности работы субгармонического параметрического рассеивателя за счет обеспечения лучшего согласования нелинейного элемента и антенной системы.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в маркере — субгармоническом параметрическом рассеивателе, состоящем из нелинейного элемента, включающего параметрический генератор, и антенной системы, включающей антенну, нагруженную на параметрический генератор, состоящий из индуктивности и нелинейной емкости и настроенный на половинную частоту зондирующего сигнала, в состав нелинейного элемента включены еще три параметрических генератора, настроенных на половинную частоту зондирующего сигнала, при этом все четыре параметрических генератора включены последовательно друг за другом, а первый параметрический генератор соединен с четвертым параметрическим генератором, кроме того, в состав субгармонического параметрического рассеивателя включена вторая антенна, при этом первая антенна настроена на частоту зондирующего сигнала и подключена к точкам соединения первого и второго параметрических генераторов и соединения третьего и четвертого параметрических генераторов, а вторая антенна настроена на половинную частоту зондирующего сигнала и подключена к точкам соединения первого и четвертого параметрических генераторов и соединения второго и третьего параметрических генераторов.
Суть изобретения заключается в том, что предлагается конструкция нелинейного элемента субгармонического параметрического рассеивателя, являющегося не двухполюсником, а четырехполюсником, соответственно, антенная система маркера — субгармонического параметрического рассеивателя выполнена в виде двух антенн, настроенных на частоты зондирующего сигнала и ответного сигнала на частоте субгармоники зондирующего сигнала, которые, во-первых, более эффективны, по сравнению с широкополосной или двухчастотной антенной прототипа, а во-вторых, могут быть лучше согласованы с соответствующими выходами нелинейного элемента.
Маркер — субгармонический параметрический рассеиватель — может быть использован в поисковой системе обнаружения жертв кораблекрушений.
Поисковая система обнаружения жертв кораблекрушений (см. фиг.1) состоит из генератора 1 зондирующего сигнала, подсоединенного к излучающей антенне 2, настроенной на частоту зондирующего сигнала, приемной антенны 3 и подсоединенного к ней приемника 4, которые настроены на частоту половинной субгармоники зондирующего сигнала и располагаются на подвижном водном или воздушном носителе, а так же размещенного на спасательном жилете маркера — субгармонического параметрического рассеивателя 5. Маркер — субгармонический параметрический рассеиватель 5 — состоит из антенны 6, настроенной на половинную частоту зондирующего сигнала, антенны 7, настроенной на частоту зондирующего сигнала и нелинейного элемента, включающего параметрические генераторы 8, 9, 10, 11, включенные последовательно друг за другом. Параметрический генератор 8 настроен на половинную частоту зондирующего сигнала и состоит из параллельно соединенных индуктивности 12 и нелинейной емкости 13 — варактора. Параметрический генератор 9 настроен на половинную частоту зондирующего сигнала и состоит из параллельно соединенных индуктивности 14 и нелинейной емкости 15 — варактора. Параметрический генератор 10 настроен на половинную частоту зондирующего сигнала и состоит из параллельно соединенных индуктивности 16 и нелинейной емкости 17 — варактора. Параметрический генератор 11 настроен на половинную частоту зондирующего сигнала и состоит из параллельно соединенных индуктивности 18 и нелинейной емкости 19 — варактора.
Параметрические генераторы 8, 9, 10, 11 являются двухполюсниками, которые соединены последовательно: параметрический генератор 8 соединен с параметрическим генератором 9, параметрический генератор 9 соединен с параметрическим генератором 10, параметрический генератор 10 соединен с параметрическим генератором 11, параметрический генератор 11 соединен с параметрическим генератором 8. Антенна 6 является двухполюсником, присоединенным к точке соединения параметрических генераторов 8, 9 и точке соединения параметрических генераторов 10, 11. Антенна 7 является двухполюсником, присоединенным к точке соединения параметрических генераторов 11, 8 и точке соединения параметрических генераторов 9, 10.
Поисковая система обнаружения жертв кораблекрушений работает следующим образом. Предварительно на спасательный жилет прикрепляют субгармонический параметрический рассеиватель 5. В случае сигнала бедствия поисковая система обнаружения жертв кораблекрушений, располагаясь на подвижном водном или воздушном носителе, излучает в пространство при помощи генератора 1 зондирующего сигнала и излучающей антенны 2 зондирующий сигнал в направлении субгармонического параметрического рассеивателя 5. Зондирующий сигнал наводится на антенне 7 и поступает на последовательно соединенные параметрические генераторы 8, 9, 10, 11, в которых возбуждаются колебания на частоте половинной субгармоники зондирующего сигнала. Этот сигнал переизлучается в пространство при помощи антенны 6 в направлении приемной антенны 3 и фиксируется при помощи приемника 4. Направление зондирования излучающей антенны 2 и приемной антенны 3 позволяет обнаружить оказавшегося за бортом человека в надетом спасательном жилете с прикрепленным к нему субгармоническим параметрическим рассеивателем 5.
В качестве генератора 1 зондирующего сигнала может быть использован измерительный генератор типа Г4-159. В качестве излучающей антенны 2 и приемной антенны 3 могут быть использованы измерительные антенны П6-33. В качестве приемника 4 может быть использован измерительный приемник типа SMV-8.5.
Антенны 6, 7 нелинейного пассивного маркера — паметрического рассеивателя 5 — могут быть изготовлены в виде дипольной, рефлекторной, полосковой или щелевой антенны по [Кочержевский Г.Н. Антенн-фидерные устройства. М.: Связь, 1972].
В качестве нелинейных емкостей 13, 15, 17, 19 может быть использован полупроводниковый диод Д3 11, аналогично [Горбачев П.А. Формирование сигналов системой пассивных субгармонических рассеивателей // Радиотехника и электроника, 1995, т 40, N11, стр.1606-1610].
В качестве индуктивностей 12, 14, 16, 18 могут быть использованы проволочные индуктивности, как в прототипе, или, например, индуктивностями могут быть отрезки коаксиальной линии передачи (например отрезок СВЧ кабеля), или отрезки коммпланарной линии (проводник между двумя слоями диэлектрика, покрытыми с внешней стороны металлическими пластинами), или отрезок полосковой линии передачи (проводник над слоем диэлектрика, покрытого с нижней стороны металлической пластиной) или щелевой линии передачи (щель, прорезанная в металлической пластине, находящейся над другой металлической пластиной).
Субгармонический параметрический рассеиватель 5 может быть выполнен в виде проволочной конструкции, представленной на фиг.2, в которой антенны 6 и 7, индуктивности 12, 14, 16, 18 выполнены из проволоки, а нелинейные емкости 13, 15, 17, 19 являются навесными элементами.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить эффективность нелинейного преобразования нелинейных пассивных маркеров — параметрических субгармонических рассеивателей, например, в поисковых системах обнаружения жертв кораблекрушений или оказавшихся за бортом.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Маркер — субгармонический параметрический рассеиватель, состоящий из нелинейного элемента, включающего параметрический генератор, и антенной системы, включающей антенну, нагруженную на параметрический генератор, состоящий из индуктивности и нелинейной емкости и настроенный на половинную частоту зондирующего сигнала, отличающийся тем, что в состав нелинейного элемента включены еще три параметрических генератора, настроенных на половинную частоту зондирующего сигнала, при этом все четыре параметрических генератора включены последовательно друг за другом, а первый параметрический генератор соединен с четвертым параметрическим генератором, кроме того, в состав субгармонического параметрического рассеивателя включена вторая антенна, при этом первая антенна настроена на частоту зондирующего сигнала и подключена к точкам соединения первого и второго параметрических генераторов и соединения третьего и четвертого параметрических генераторов, а вторая антенна настроена на половинную частоту зондирующего сигнала и подключена к точкам соединения первого и четвертого параметрических генераторов и соединения второго и третьего параметрических генераторов.
Маркер пневматический, калибра 68, автоматический
Изобретение относится к пневматическому оружию и может быть использовано в спортивном оружии для пэйнтбола, тренировок. Маркер пневматический автоматический имеет затвор, клапан подачи газа, рабочую камеру, обеспечивающую накопление необходимого для выстрела объема газа. Он снабжен редукционным цилиндром с калиброванным отверстием. Затвор имеет поршень с боевой пружиной, подпружиненный запорный клапан, досылатель со сквозным каналом, при этом запорный клапан жестко соединен с досылателем, образуя единый элемент с возможностью движения относительно поршня затвора и запирания тарелкой запорного клапана хода газу в центральный канал запорного клапана и сопряженный с ним сквозной канал досылателя и в канал ствола. Изобретение упрощает конструкцию оружия, повышает надежность механизмов и эффективность его использования. 18 ил.
1. ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ Пневматическое оружие. Маркер пэйнтбольный.
МАРКЕР — это специальное гладкоствольное пневматическое стрелковое оружие 68 калибра, стреляющее желатиновыми шариками, наполненными краской. Выстрел производится за счет расширения сжатого газа, предварительно запасенного в специальном баллоне под давлением. В качестве рабочих газов используются двуокись углерода (углекислый газ), воздух или азот.
НАЗНАЧЕНИЕ МАРКЕРА — имитация применения ручного огнестрельного оружия.
Компоновочная схема заявленного маркера может быть использована, в том числе, в пневматическом оружии различных калибров, особенно спортивного назначения, где необходимы высокие стабильные характеристики выстрела.
2. УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ Маркеры подразделяются на две основные группы: 1. ПОМПОВЫЕ. Перезарядка производится вручную. Очень похоже на помповые «полицейские» дробовики, от которых этот класс маркеров и получил название.
2. ПОЛУАВТОМАТЫ. Перезарядка производится автоматически за счет энергии сжатого газа. В полуавтоматах используются два принципа работы автоматики.
Первый основан на действии закона сохранения импульса.
Принцип работы такого маркера можно рассмотреть на примере маркера «illustrator F4» производства «Эйр Консепт Корпорэйшен» (США) (техническое описание маркера, сайт фирмы www.airconcepts.com).
Исходное положение (фиг.1). Ударник (1) взведен, выступом сидит на спусковом шептале (2). Боевая пружина (3) сжата. Досылатель (4), соединенный с ударником штоком (5) в крайнем заднем положении. Очередной шар (6) на линии досылки. Клапан подачи газа (7) закрыт.
Производство выстрела (фиг. 2). При нажатии на спусковой крючок массивный ударник (1) под воздействием боевой пружины (3) разгоняется и наносит удар по штоку клапана подачи газа (7). Клапан приоткрывается на определенную величину. Досылатель (4) — в крайнем переднем положении, очередной шар (6) в стволе. Часть выходящего газа через газопроводное отверстие (8) поступает в канал досылателя (9) и далее в канал ствола (10), выталкивая шар, другая часть воздействует на ударник (1), взводит его. Досылатель (4) возвращается в крайнее заднее положение, открывая окно для подачи очередного шара на линию досылки. Клапан (7) закрыт. Цикл завершен.
Данный принцип работы автоматики позволяет создавать простые в производстве и эксплуатации маркеры, но при этом имеет следующие недостатки: Первый. Повышенный расход газа. Часть его идет на взведение ударника и на шар не воздействует.
Второй. Наиболее существенный. Высокая зависимость работы от температуры окружающей среды.
В баллоне двуокись углерода находится в двух фазах — жидкой и газообразной. При этом при постоянной температуре давление газообразной части CO2 постоянно. При выстреле часть жидкого CO2 испаряется и давление газа восстанавливается. Так будет происходить до тех пор, пока в баллоне есть СО2 в жидком состоянии. Это свойство СО2 и определило его широкое применение в пневматическом оружии. Данный принцип работы автоматики использует это свойство двуокиси углерода, поскольку оно обеспечивает относительно стабильные характеристики выстрела.
Но зависимость давления газа от температуры весьма велико. Ниже приведена зависимость давления от температуры.
T o C — Р, атм -28 — 15,07 -26 — 16,09 -24 — 17,16 -22 — 18,28 -20 — 19,45
-18 — 20,67
-16 — 21,96
-14 — 23,29
-12 — 24,69
-10 — 26,15
-8 — 27,67
-6 — 29,25
-4 — 30,90
-2 — 32,61
0 — 34,40
2 — 36,25
4 — 38,18
6 — 40,18
8 — 42,26
10 — 44,42
12 — 46,67
14 — 48,99
16 — 51,41
18 — 53,92
20 — 56,53
22 — 59,23
24 — 62,04
26 — 64,96
28 — 71,17
30 — 73,92
Таким образом, с понижением температуры окружающей среды давление в баллоне быстро падает. Количество выходящего через клапан подачи газа резко уменьшается, что приводит к снижению скорости шара, отказу работы автоматики (ударник не доходит до конца и полностью и не взводится; поскольку ударник не фиксируется, он тут же начинает новое движение вперед, и так до полной разрядки газовой системы).
Обычно маркеры с импульсным принципом работы автоматики на двуокиси углерода практически перестают работать при температуре воздуха ниже +5-+7 o С, что делает их сезонными, непригодными для круглогодичного использования.
Для решения этой проблемы используются воздушно-азотные баллоны. В них заряжается, соответственно, сжатый воздух или азот, которые хранятся в виде газа, и поэтому обмерзания не происходит ни при быстрой стрельбе, ни при низких температурах.
За удобства приходится платить более дорогим баллоном. Чтобы запасти достаточное количество воздуха, он должен быть сжат в баллоне до 200 атмосфер, что резко ужесточает требования к прочности и надежности баллона и запорной арматуры. Баллоны такого типа изготавливаются, как правило, из титана, имеют кевларовую оплетку для повышения безопасности и встроенные одно-двухуровневые газовые редукторы для понижения давления. Количество газа в баллоне определяется по манометру. Сам баллон намного тяжелее и больше углекислотного. Для зарядки баллонов необходим мощный компрессор, аналогичный тем, что применяют аквалангисты. При использовании азота требуется промышленный пункт зарядки этим газом, что встречается намного реже, чем в случае углекислоты. Все вместе это усложняет и удорожает эксплуатацию такого маркера, сводя на нет простоту его конструкции.
Эти недостатки решаются введением рабочей камеры, обеспечивающей накопление необходимого объема газа, идущего как на работу автоматики, так и на производство выстрела.
Схему работы такого маркера можно рассмотреть на примере маркера пневматического автоматического (патент RU 2166721 С1, кл. F 41 В 11/00, 10.05.2001) — фиг.3.
Данный маркер служит прототипом заявленного маркера.
Сжатый газ поступает через адаптер (11) в расходный ресивер (12), из которого по каналам (13), (14) и кольцевым проточкам газораспределительного золотника (15) в камеру (16) за торцевой поверхностью запорного клапана (17) и в рабочую камеру (18) за торцевой поверхностью затвора (19). При этом запорный клапан (17) и затвор (19) под воздействием сжатого газа одновременно перемещаются вперед, досылая шар (6) в канал ствола (10). При этом воздух в компрессионной камере (20), образованной между наружной поверхностью затвора (19) и внутренней поверхностью казенной части ствола (10), сжимается, смягчая удар затвора (19) по шару (6) и аккумулируя энергию для возврата затвора в крайнее заднее положение. В рабочей камере (18) накапливается необходимый для выстрела объем газа.
При нажатии на спусковой крючок (21) шток (22) перемещается, сжимая удерживающую пружину (23) и создавая при этом необходимый зазор с газораспределительным золотником (15). Под воздействием газа, поступающего из камеры (16) по каналу (24), газораспределительный золотник (15) смещается вперед, открывая ход газу через трубчатый канал (25) в фидер и перекрывая каналы (13), (14). Давление в камере (16) резко падает, и запорный клапан (17) под воздействием газов в рабочей камере (18) возвращается в исходное положение, открывая сопло затвора (19) для хода газов в канал ствола (10).
После выстрела затвор (19) под воздействием давления сжатого в компрессионной камере (20) воздуха возвращается в исходное положение, запирая сопло затвора (19) запорным клапаном (17). В момент сброса давления из камеры (16) газораспределительный золотник (15) под воздействием возвратной пружины перемещается в исходное положение, запирая проход газа из камеры (16) по каналу (24) в канал (25) и открывая подачу газа по каналам (13), (14) в камеры (16) и (18). Цикл повторяется, обеспечивая автоматический режим стрельбы.
Для окончания стрельбы прекращается нажатие на спусковой крючок (21), который возвращается в исходное положение штоком (22) под воздействием удерживающей пружины (23). Шток (22) прижимается к газораспределительному золотнику (15), препятствуя его смещению.
Несмотря на достижение более высоких характеристик вышеописанная схема маркера пневматического автоматического имеет следующие недостатки:
1. Сложность конструкции. Большинство деталей требует точной обработки с минимальными допусками (газораспределительный золотник, затвор, казенная часть ствола), использования высоколегированных износоустойчивых сталей.
Высокие требования к качеству и состоянию обтюрирующих эластичных кольцевых прокладок.
Давление газа для нормальной работы устройства не должно превышать 20-25 атм, тогда как в баллоне углекислота находится под давлением порядка 60 атм. Следовательно, необходима установка между адаптером и ресивером редуктора, понижающего давление газа до рабочего.
Отсюда вытекают высокие требования при производстве и эксплуатации маркера.
2. Эксплуатационные ограничения. Данная схема оптимизирована под конкретно разработанный маркер (использование газа для продвижения шаров в фидере). При применении ее в маркере с иным способом подачи шаров: гравитационным (самотеком), механическим (пружина) или электрическим часть газа из камеры (16) за торцевой поверхностью запорного клапана (17) будет выбрасываться в атмосферу.
Данная схема достаточно громоздка и не применима к маркерам-пистолетам.
3. СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Основной задачей для заявленного маркера является расширение возможностей маркера, улучшение технических и эксплуатационных характеристик.
Предлагаемая конструктивная схема маркера позволяет достичь следующих технических результатов:
1. Простота механизма. Малое количество деталей, большинство из которых не требует при изготовлении высокой квалификации.
2. Надежность механизма. Все подвижные детали соосны и имеют направление движения вдоль одной продольной оси. Компоновка деталей такова, что износ или повреждение обтюрирующих кольцевых прокладок только ухудшает характеристики выстрела, не выводя маркер из строя.
3. Компактность механизма. Имея небольшие геометрические размеры, данная схема позволяет создавать маркеры — имитаторы пистолета, по габбаритам практически аналогичные реальному оружию.
4. Стабильность характеристик выстрела в широком диапазоне температуры окружающей среды. В процессе падения давления газа в баллоне до уровня, установленного для каморы (20-25 атм), характеристики выстрела остаются практически постоянными. При падении давления в баллоне ниже уровня, установленного для каморы, автоматика не срабатывает.
5. Эффективное использование газа, который сначала выполняет работу по взведению механизма, а затем весь идет на выстрел.
Маркер в своем составе содержит клапан, обеспечивающий подачу газа из баллона в рабочую камеру, предназначенную для накопления необходимого для производства выстрела объема газа. Редуктор, ограничивающий заполнение камеры газом на заданном уровне, как таковой отсутствует. Его роль выполняет затвор, состоящий из поршня затвора, запорного клапана с пружиной, досылателя. Затвор под воздействием боевой пружины штоком запорного клапана запирает калиброванное отверстие редукционного цилиндра и открывает клапан подачи газа. Размер площади поперечного сечения калиброванного отверстия и сила упругости боевой пружины определяют силу воздействия газов на шток запорного клапана, соответственно задавая количество газа в рабочей камере. Запорный клапан подпружинен относительно поршня затвора и в нормальном положении открыт. Сила упругости пружины запорного клапана обеспечивает его гарантированное открытое положение при движении затвора назад, но слишком мала, чтобы открыть запорный клапан, на тарелку которого действуют газы при движении затвора вперед. Тарелка запорного клапана перекрывает ход газа через центральный канал запорного клапана и сквозной канал досылателя.
4. ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1. Маркер «illustrator F4». Исходное положение.
Фиг.2. Маркер «illustrator F4». Производство выстрела.
Фиг.3. Маркер пневматический автоматический (прототип).
Фиг.4. Заявленный маркер. Общая схема.
Фиг.5. Заявленный маркер. Ствол.
Фиг.6. Заявленный маркер. Поршень затвора.
Фиг.7. Заявленный маркер. Запорный клапан.
Фиг.8. Заявленный маркер. Досылатель.
Фиг.9. Заявленный маркер. Корпус.
Фиг.10. Заявленный маркер. Рабочая камера.
Фиг.11. Заявленный маркер. Корпус клапана подачи газа.
Фиг.12. Заявленный маркер. Клапан подачи газа.
Фиг.13. Заявленный маркер. Редукционный цилиндр.
Фиг.14. Заявленный маркер. Исходное положение.
Фиг. 15. Заявленный маркер. Движение затвора назад под воздействием боевой пружины.
Фиг. 16. Заявленный маркер. Открытие клапана подачи газа. Заполнение рабочей камеры.
Фиг. 17. Заявленный маркер. Движение затвора вперед под воздействием сжатого газа.
Фиг. 18. Заявленный маркер. Запирание канала ствола. Производство выстрела.
5. СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Конструктивная схема маркера (фиг.4) состоит из ствола (10), затвора, в состав которого входят поршень затвора (26), запорный клапан (17), пружина запорного клапана (27), досылатель (4); боевой пружины (3), корпуса (28), рабочей камеры (18), корпуса клапана подачи газа (29), клапана подачи газа (7), его пружины (30), редукционного цилиндра (31), регулятора (32), спускового шептала (2) (конструкция спускового механизма не приводится, т.к. она может иметь различное исполнение).
Ствол (фиг.5) калибра 68. Предназначен для обеспечения воздействия газов на шар и направления его полета. Жестко крепится в корпусе. Может иметь различную длину, внешнюю форму (кроме части, входящей в корпус), определяемые заданными характеристиками и дизайнерским исполнением.
Поршень затвора (фиг.6). Представляет собой цилиндр с переменным внутренним сечением, обеспечивающим размещение и функционирование досылателя и запорного клапана. Передней частью находит на ствол и торцом упирается в боевую пружину. В задней части в кольцевой проточке расположена эластичная прокладка, предотвращающая прорыв газов между поршнем и корпусом. В нижней части выполнены отверстие для подачи шара и вырез под спусковое шептало.
Запорный клапан (фиг.7). Жестко скрепляется с досылателем, образуя с ним единое целое. Тарелкой перекрывает ход газов в ствол до момента его полного запирания. При помощи радиально расположенных перед тарелкой отверстий, выходящих в центральный канал клапана, сопряженный со сквозным каналом досылателя, обеспечивает выход газов из рабочей камеры и пространства между поршнем затвора и редукционным цилиндром при достижении затворным поршнем крайнего переднего положения, а также предотвращения образования воздушной пробки при движении затвора назад. Штоком с кольцевой эластичной прокладкой запирает калиброванное отверстие редукционного цилиндра и открывает клапан подачи газа.
Досылатель (фиг.8). Досылает шар в канал ствола и запирает его под воздействием поршня затвора. Выполнен в виде цилиндра переменного сечения. Передняя часть входит в канал ствола и при помощи эластичной кольцевой прокладки надежно запирает его. Средняя часть, большего диаметра, упирается в торец ствола. Сквозной продольный канал обеспечивает свободный проход газов в ствол.
Корпус (фиг.9). Предназначен для сведения деталей маркера в единый механизм. Имеет круглое внутреннее сечение, внешнее — может быть различной формы, определяемой внешним дизайном маркера. В передней части крепится ствол, в задней — рабочая камера. В задней части внутреннее сечение имеет увеличенный диаметр для обеспечения упора редукционного цилиндра. В нижней части выполнены отверстие для подачи шара и вырез под шептало спускового механизма.
Рабочая камера (фиг.10). Определяет объем газа, необходимый для производства выстрела. Представляет собой полую глухую гильзу с внутренним объемом порядка 10 см 3 и крепится в задней части корпуса. Эластичная кольцевая прокладка обеспечивает герметизацию от прорыва газов наружу.
Как вариант регулировки силы выстрела может выполняться с возможностью изменения внутреннего объема. Т.е. в такой схеме регулируется не уровень давления газов с помощью изменения силы упругости боевой пружины при постоянном объеме, а меняется объем при постоянном уровне давления газов.
Корпус клапана подачи (фиг.11). Предназначен для размещения в нем клапана подачи и подвода к нему газа из баллона. На переднем конусе сверлятся тонкие газоводные пути (малый диаметр ограничивает попадание сжиженного газа в рабочую камеру). На наружной поверхности выполнены продольные глубокие проточки (или сквозные отверстия), необходимые для прохода газа в рабочую камеру и из нее.
Клапан подачи газа (фиг.12). Предназначен для подачи газа в рабочую камеру. Выполнен в виде штока с кольцевым наплывом и проточкой под эластичную конусообразную прокладку. Клапан поджат пружиной и перекрывает газоводные каналы в корпусе клапана подачи.
Редукционный цилиндр (фиг. 13). По центру выполнено калиброванное отверстие, размер которого определяет силу воздействия газов на шток клапана затвора.
Как вариант может быть выполнен не отдельной деталью, а элементом корпуса (внутренняя перегородка с калиброванным отверстием). Но такое решение хотя и упрощает общую схему, значительно усложняет технологию изготовления корпуса.
Регулятор. Служит упором для боевой пружины, при передвижении изменяет ее силу упругости, тем самым регулируя объем газов в рабочей камере.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Исходное положение (фиг.14). Затвор в переднем положении. Спусковое шептало (2) входит в вырез на поршне затвора (26) и фиксирует его. Боевая пружина (3) сжата. Запорный клапан (17) под воздействием пружины (27) открыт, досылатель (4) задней частью упирается в поршень затвора (26). Клапан подачи газа (7) закрыт. Шар (6) находится в магазине.
Производство выстрела. При нажатии на спусковой крючок шептало (2) опускается (фиг. 15). Затвор под воздействием боевой пружины (3) начинает движение назад. Открытый запорный клапан (17) дает возможность сжимаемому воздуху выходить наружу, тем самым препятствуя образованию воздушной пробки.
При дальнейшем движении шток запорного клапана (17) входит в калиброванное отверстие редукционного цилиндра (31), упирается в клапан подачи газа (7) и останавливается, т.к. не обладает массой, необходимой для его открытия.
Поршень затвора (26), продолжая движение дальше, сжимает пружину (27), закрывая запорный клапан, и наносит удар по его тарелке (фиг.16). Предварительная остановка запорного клапана резко снижает отрицательное воздействие удара на передний торец штока клапана подачи газа (7), предотвращая его развальцевание. Импульс силы передается от поршня затвора (26) через запорный клапан (17) на клапан подачи газа (7), открывая его. Шток запорного клапана (17) запирает калиброванное отверстие редукционного цилиндра (31). Газ через газоводные пути поступает в рабочую камеру (18). Шар (6) подается на линию досылки.
Уровень газа в рабочей камере (18) нарастает до тех пор, пока его давление на шток запорного клапана (17) не превысит силу упругости боевой пружины (3). При площади торца штока (равнозначно площади поперечного сечения калиброванного отверстия), равной 0,2 см 2 , и силе упругости боевой пружины 4-5 кгс давление достигает значения 20-25 атм, что при объеме рабочей камеры, равном 10 см 3 , дает объем газа (при Р=1 атм) 200-250 см 3 , т.е. объем, необходимый для выстрела.
Затвор под воздействием газов начинает движение вперед, открывая калиброванное отверстие редукционного цилиндра (фиг.17). Клапан подачи газа (7) движется за затвором и закрывается. Газ из рабочей камеры (18), проходя в пространство между редукционным цилиндром (31) и затвором, воздействует на всю площадь торца последнего, значительно превосходя силу упругости боевой пружины (3). Запорный клапан под воздействием давления газов остается закрытым (площадь тарелки клапана порядка 1,5 см 2 , т.е. испытывает давление газов минимум 15 кгс, что на порядок выше силы упругости пружины клапана (27)).
Затвор энергично движется вперед, досылая шар (6), в канал ствола (10). Досылатель (4) входит в канал ствола (10), запирая его, и, упираясь в торец ствола, останавливается (фиг.18). Поршень затвора (26) продолжает движение вперед, сжимая боевую пружину (3), и упирается в досылатель (4). Запорный клапан (17) при этом открывается, освобождая путь газу через радиально расположенные перед тарелкой отверстия (33), центральный канал запорного клапана (34) и канал досылателя в ствол.
Поршень затвора (26) находится в крайнем переднем положении, удерживая досылатель (4) и тем самым запирая канал ствола (10), до момента, когда давление газов не упадет до значения порядка 1,5 атм, что вполне достаточно для полноценного действия газа на шар (6) до момента его вылета из канала ствола (при длине ствола 35 см, давление газа в момент вылета шара составляет порядка 2 атм). Затем под воздействием боевой пружины (3) затвор начинает движение назад и либо садится на спусковое шептало (2) при стрельбе одиночными выстрелами, либо продолжает движение далее при стрельбе в автоматическом режиме, начиная новый цикл.
Работа механизма при падении давления газа в баллоне. Работа механизма продолжает происходить без изменений, и сила выстрела будет иметь постоянное значение, пока давление газа в баллоне выше либо равно давлению, установленному для рабочей камеры (20-25 атм). Обратившись к данным зависимости давления газа от температуры (см. выше), видно, что нормальная работа маркера на двуокиси углерода возможна при температуре окружающей среды до (-14)-(-18) o С.
С падением давления газа ниже уровня, установленного для рабочей камеры, затвор останавливается в крайнем заднем положении. Автоматика либо работает, сохраняя стабильные характеристики выстрела, либо не работает вообще.
Маркер пневматический, автоматический, содержащий затвор, клапан подачи газа, рабочую камеру, обеспечивающую накопление необходимого для выстрела объема газа, отличающийся тем, что он снабжен редукционным цилиндром с калиброванным отверстием, затвор состоит из поршня затвора, упирающегося в боевую пружину, запорного клапана, пружины запорного клапана для удержания его в открытом положении, досылателя со сквозным каналом, при этом запорный клапан жестко соединен с досылателем, образуя единый элемент с возможностью движения относительно поршня затвора и запирания тарелкой запорного клапана хода газу через расположенные перед ней отверстия в центральный канал запорного клапана и сопряженный с ним сквозной канал досылателя в канал ствола.
Пенный маркер относится к сельскохозяйственной технике, в частности к устройствам, наносящим метки на поверхность обрабатываемого поля для ориентации и точного совмещения последующих смежных проходов широкозахватных сельскохозяйственных агрегатов. Данная конструкция позволяет расширить технологические возможности процесса маркирования поля пеной при работе полевых сельскохозяйственных машин и получить высококачественную пену с возможностью ее нанесения на обрабатываемые участки от дискретных меток различной величины до непрерывной струи. Пенный маркер содержит барботажный пеногенератор, пенопроводы, пенонакопители, систему подачи и распределения сжатого воздуха и пены, пульт управления. Барботажный пеногенератор выполнен с пенообразующим пространством постоянного объема. Площадь диаметральной поверхности барботера пеногенератора равна или меньше площади кольцевой поверхности пенообразования. Пенонакопители выполнены в виде телескопического соединения не менее двух трубчатых элементов, на выходе последнего из которых установлены один или несколько пластинчатых стабилизаторов пены. 3 ил.
Рисунки к патенту РФ 2243636
Изобретение относится к сельскохозяйственной технике, в частности к устройствам, наносящим пенные маркерные метки на поверхность обрабатываемого поля для ориентации и точного совмещения последующих смежных проходов широкозахватных сельскохозяйственных агрегатов.
Известен пенообразователь, предназначенный для маркировки полей, включающий источник газа, резервуар для пенообразующего раствора, внутри которого установлен поплавок с пористым элементом для распыла газа в пенообразующий раствор, выходной патрубок для пены, регулирующую, запорную и трубопроводную арматуру (SU 967312 А1, 23.10.1982).
Недостатками данного устройства является то, что по мере расхода пенообразующей жидкости и опускания поплавка увеличивается пенообразующий объем над поплавком, что приводит к изменению структуры, плотности пены и, как следствие, переменной стабильности ее на сельскохозяйственном поле; применение данной конструкции на широкозахватных штанговых машинах-удобрителях и опрыскивателях требует оснащения их специальными следоуказателями для ориентации по маркерному следу, который наносится по продольной оси симметрии машины — это усложняет применение устройства на таких машинах; отсутствие в устройстве пенонакопителя с изменяющимся объемом не позволяет менять режим нанесения маркерных меток (от импульсно получаемых порций пены необходимого объема до ее непрерывной струи), что ограничивает область использования такого устройства.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является выбранный в качестве прототипа пенный следоуказатель, лишенный части недостатков вышеуказанного устройства, содержащий барботажный пеногенератор, пенопроводы, пенонакопители, систему подачи и распределения сжатого воздуха и пены, пульт управления (DЕ 133883 А, 27.12.1979).
Такой следоуказатель обеспечивает получение пены с равномерной плотностью и, как следствие, повышается устойчивость пенных маркерных меток на обрабатываемом поле при неблагоприятных метеорологических условиях.
Недостатками известного устройства являются: ограниченный диапазон расходных характеристик по пене, поскольку в пеногенераторе следоуказателя выдувание (получение) пены происходит на перфорированном (сеточном) кожухе, что возможно только в определенном интервале скорости потока воздуха, значения которого зависят при прочих равных условиях от размеров ячеек сетки (см. Тихомиров В.К. Пены. Теория и практика их получения и разрушения. 2-е изд., перераб. — М.: Химия, 1983. — С.127), поэтому для образования пены с более высокой скоростью необходимо менять в пеногенераторе типоразмер ячеек сеток, а это нетехнологично и снижает производительную работу с/х агрегата; выполнение выходного сопла для пены (пенонакопителя) с нерегулируемыми длиной и объемом не позволяет менять режим нанесения пенного маркерного следа от импульсно получаемых порций пены до ее непрерывной струи, что ограничивает область использования такого устройства, например, в случае маркирования поля пеной при опрыскивании гербицидами растений с высокой вегетативной частью непрерывная струя пены обеспечивает стабильную маркерную линию в отличие от дискретной, когда некоторые метки пены не задерживаются на растениях, падают на почву и исчезают из зоны видимости — это нарушает качество маркирования и приводит к неравномерности внесения средств защиты растений выше нормативного значения и, как следствие, снижению урожайности сельскохозяйственных культур.
Техническим результатом, достигаемым при реализации данного изобретения, является расширение технологических возможностей процесса маркирования поля пеной при работе полевых сельскохозяйственных машин и получение высококачественной пены с возможностью ее нанесения на обрабатываемые участки от дискретных меток различной величины до непрерывной струи.
Указанный технический результат достигается тем, что в пенном маркере, содержащем барботажный пеногенератор, пенопроводы, пенонакопители, систему подачи и распределения воздуха и пены, пульт управления, согласно изобретению барботажный пеногенератор выполнен с пенообразующим пространством постоянного объема, причем площадь диаметральной поверхности барботера пеногенератора равна или меньше площади кольцевой поверхности пенообразования, а пенонакопители выполнены в виде телескопического соединения не менее двух трубчатых элементов, на выходе последнего из которых установлены один или несколько пластинчатых стабилизатора пены.
В конструкцию пенного маркера введен барботажный пеногенератор с пенообразующим пространством постоянного объема и определенным соотношением площади поверхности барботера и кольцевой поверхности пенообразования, а также пенонакопители с автоматически регулируемой длиной, снабженные стабилизаторами пены.
Предложенный маркер изображен на чертежах, где: на фиг.1 изображен общий вид маркера с размещением его на широкозахватной полевой машине; на фиг.2 — комбинированная принципиальная схема маркера с продольным разрезом пеногенератора; на фиг.3 — пенонакопитель в продольном разрезе.
Пенный маркер устанавливается на полевую машину 1, например, для поверхностного внесения жидких средств химизации, имеющую широкозахватную штангу 2, и содержит пеногенератор 3, ресивер 4, блок 5 подачи сжатого воздуха и распределения пены, пенопроводы 6 и 7, пенонакопители 8 и 9, размещенные на конечных частях штанги 2. Пеногенератор 3 состоит из резервуара 10 цилиндрической формы, по оси симметрии которого установлен барботер 11 с поплавком 12 и пористым элементом 13 в виде шарового сегмента. Между стенкой резервуара и наружной цилиндрической поверхностью поплавка имеется в виде кругового кольца зазор 14 для выхода пены. По оси поплавка жестко закреплен трубчатый стержень 15, на который насажен поршень 16 с уплотнениями 17 и 18. Внутренняя поверхность поршня 16, поверхность пенообразующей жидкости и поплавка 12 в совокупности со стенками бака 10 образуют пенообразующее пространство 19 постоянного объема. Между поплавком 12 и поршнем 16 установлена распорная пружина 20. В верхней части стержня 15 имеются ограничитель 21 и дросселирующие отверстия 22 для подачи воздуха в пористый элемент 13. Поршень 16 снабжен гибким выводным рукавом 23 для подачи пены в пенопроводы 6 и 7. Наружная часть поршня 16 ограничивает в верхней части в баке 10 воздушную надпоршневую полость. В верхней части резервуара 10 установлены вентиль 24 и заправочная горловина 25. Блок 5 включает запорные электроклапаны 26, 27 и 28, редукционный клапан 29 и манометр 30. Блок 5 и пенонакопители 8 и 9 управляются посредством пульта 31. Пенонакопители 8 и 9 соединяются с пеногенератором 3 пенопроводами 6 и 7. Пенонакопитель состоит из трубчатого корпуса 32, шагового электропривода 33 с барабаном 34 для наматывания троса 35. В корпусе 32 установлен пенораспределитель 36 с подводящим штуцером 37. Соосно на корпус 32 надеты стаканы 38 и 39, которые в развернутом положении удерживаются возвратными пружинами 40 и 41 и шплинтами 42. При этом жесткость пружины 40 выше, чем пружины 41. В выходной части нижнего стакана 39 размещены стабилизаторы (одна или несколько крестообразных пластин) 43, в центральной части которых закреплен трос 35.
Предложенный маркер работает следующим образом.
Подготовленная к работе машина 1 ставится на обрабатываемом поле в точке въезда. От пульта 31 в блок 5 подается сигнал на открытие клапана 26. Сжатый воздух от компрессора (на схеме не указан) поступает в ресивер 4 и далее через клапаны 26 и 29 в надпоршневую полость резервуара 10. Клапан 29 редуцирует (уменьшает) давление воздуха до необходимого значения. Под действием силы давления воздуха, действующей на поршень 16, не превышающей подъемной силы, действующей на плавающий поплавок 12, поршень 16 опускается вниз, сжимая пружину 20, открываются отверстия 22, воздух поступает в полость барботера 11, откуда посредством пористого элемента 13 распыляется в верхний слой пенообразующего раствора в виде большого количества мелких пузырьков, образуя на выходе кругового кольца 14 пену, наполняющую подпоршневое пространство 19.
В начальный момент движения машины 1 от пульта 31 подается сигнал на открытие одного из клапанов 27 или 28, например 27, и получаемая пена по гибкому рукаву 23 и пенопроводу 6 поступает через штуцер 37 пенонакопителя 8 в пенораспределитель 36, из которого в корпус 32, стаканы 38, 39 и далее под действием силы тяжести наносится в виде порций определенного объема на поверхность обрабатываемого поля, образуя маркерную линию из пенных меток. При этом стабилизатор 43 предупреждает преждевременный срыв порций пены при ее выходе из пенонакопителя. Для увеличения частоты получения пенных меток от пульта 31 в шаговый электродвигатель 33 подается сигнал на его включение, вал двигателя 33 вращает барабан 34, который наматывает трос 35 на длину, равную длине сжатия пружины 41, и втягивает нижний стакан 39, следующий за ним стакан 38 остается на месте вследствие большей жесткости пружины 40 по сравнению с пружиной 41. Для получения непрерывной струи пены, в случае обработки растений с высокой вегетативной частью, электрошаговый двигатель 33 включается посредством пульта 31, барабан 34, вращаясь, наматывает трос 35 на длину, равную длине сжатия пружин 40 и 41, стаканы 38 и 39 втягиваются, длина пенонакопителя уменьшается до продольного размера корпуса 32 и пена выходит из пенонакопителя непрерывной струей, образуя непрерывную маркерную линию.
Выполнение над барботером пеногенератора пенообразующего пространства постоянного объема позволяет по мере расхода пенообразующей жидкости и независимо от него получать пену как со стабильными характеристиками: плотностью, дисперсностью, так и стабилизировать режим подачи пены к пенонакопителям — это повышает качество маркирующего материала — пены и, как следствие, устойчивость пенных маркерных меток на обрабатываемом поле, а также повышает технологическую эффективность процесса маркирования, например, не выходя за пределы нормативных значений коэффициента вариации отклонения шага размещения маркерных меток в маркерной линии от заданных агротехническими требованиями значений.
Выполнение площади диаметральной поверхности барботера равной или меньше площади кольцевой поверхности ценообразования выбрано из расчета наиболее эффективной зоны получения слоя подвижной пены, что расширит диапазон расходных характеристик по пене и обеспечивает стабильный режим работы маркера при дискретном и непрерывном способе нанесения маркирующего вещества.
Выполнение пенонакопителей в виде трубчатых элементов телескопического типа обусловлено необходимостью получать маркерную линию как в виде дискретных меток пены, так и в виде сплошной пенной струи — это расширяет технологические возможности процесса маркирования, например, при обработке сельскохозяйственных полей, имеющих культуры с высокой вегетативной частью при некорневой подкормке растений, внесении средств защиты растений дискретно нанесенные метки пены могут западать за растения и исчезать из зоны видимости, непрерывная струя пены образовывает более четкую и видимую линию маркирования.
Установка на выходе пенонакопителей одного или нескольких пластинчатых стабилизаторов пены позволяет избежать преждевременного срыва выходящих порций пены при неблагоприятных метеорологических условиях.
Изменение конструкций известных устройств для маркирования поля пеной является «промышленно применимым», так как может быть использовано на полевых сельскохозяйственных машинах для их ориентации и точного совмещения смежных проходов.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пенный маркер, содержащий барботажный пеногенератор, пенопроводы, пенонакопители, систему подачи и распределения сжатого воздуха и пены, пульт управления, отличающийся тем, что барботажный пеногенератор выполнен с пенообразующим пространством постоянного объема, причем площадь диаметральной поверхности барботера пеногенератора равна или меньше площади кольцевой поверхности пенообразования, а пенонакопители выполнены в виде телескопического соединения не менее двух трубчатых элементов, на выходе последнего из которых установлены один или несколько пластинчатых стабилизаторов пены.