АМОРТИЗИРУЮЩЕЕ ЗВЕНО УПРУГОЙ ПОДВЕСКИ ОБОРУДОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 1994 года по МПК B64G1/66 

Изобретение относится к устройствам для обеспечения пространственной низкочастотной защиты объектов, входящих в состав оборудования космических аппаратов (КА), в условиях невесомости.

Наиболее близким по технической сущности является амортизирующее звено упругой подвески оборудования КА, содержащее соединительно-опорные элементы, связанные с ними упругодемпфирующие средства для восприятия пространственных динамических нагрузок на оборудование, и регулировочные элементы.

Однако устройство имеет недостаточно высокое качество низкочастотной виброзащиты частей оборудования малой массы в невесомости, т.к. оно хотя и обеспечивает пространственную защиту различных объектов, начиная с частот примерно 5-6 Г, но вместе с тем имеются прецизионные и ответственные объекты, которые исключительно чувствительны к низкочастотной вибрации порядка 0,5-1-1,5 Г (а иногда и ниже), т.е. используемый в качестве упругодемпфирующего средства сильфон в данных случаях ни при каких условиях использован быть не может: он имеет повышенную жесткость и частоту, которые в предложенной конструкции не могут быть снижены в несколько раз.

Следует также отметить следующее. На борту орбитальной космической станции или лаборатории может функционировать большое количество прецизионных объектов, причем даже меньшее изменение перегрузки на орбите, например с 0,005 до 0,001 g_o (g_o = 10 м˙с^-2) способно повлиять на качество функционирования чувствительного объекта. Данные перегрузки по исследованиям NASA (США) обусловлены переориентацией космической станции на орбите, перемещением космонавтов на борту, движением манипуляторов, работой служебных систем и т.д., причем все эти причины обуславливают наличие именно низкочастотной вибрации, которая очень опасна для прецизионного оборудования.

Целью изобретения является повышение качества низкочастотной виброзащиты частей оборудования малой массы в условиях невесомости.

Это достигается тем, что в амортизирующем звене упругой подвески оборудования КА, содержащем соединительно опорные элементы, связанные с ними упругодемпфирующие средства для восприятия пространственных динамических нагрузок на оборудование и регулировочные элементы, соединительно опорные элементы выполнены в виде двух крестообразно расположенных вилок, на каждой из которых размещены последовательно вдоль ее основания координатное устройство, соединенный с ним одним концом упругий элемент, выполненный в виде прямолинейного проволочного жгута, на другом конце которого закреплена призма из высокотвердого материала, взаимодействующая с упруго податливой вставкой посредством одной из закрепленных на концах вставки игл, причем другая игла вставки уперта в аналогичную призму, связанную с основанием вилки при помощи рессоры, снабженной элементом регулирования ее положения на основании, а концы жгутов разных вилок, где закреплены призмы, жестко соединены друг с другом.

Кроме того, в амортизирующем звене упругой подвески оборудования КА координатное устройство может быть выполнено в виде опирающейся на резиновую прокладку жесткую шайбу и трех центрирующих шайбу винтов, ввинчиваемых в вилку амортизатора.

На фиг. 1 схематично показана упругая подвеска объекта, включающая три однотипных амортизирующих звена A,B,C; на фиг.2 - амортизирующее звено; на фиг. 3 - одна из однотипных вилок этого звена; на фиг.4 - сопряжение типа игла-призма из высокотвердого материала; на фиг.5 схематично изображено координатное устройство.

Подвеска содержит не менее трех однотипных амортизирующих звеньев A,B, C, причем их общий центр жесткости совпадает с центром масс С объекта. Каждое амортизирующее звено состоит из двух крестообразных (под углом 90^о друг к другу) вилок I и II (фиг.3), одна из которых соединена с основанием 1, другая - с защищаемым объектом 2. На каждой скобе 3 вилки установлены следующие функциональные элементы (фиг. 2): координатное устройство, содержащее жесткую шайбу 4, опирающуюся на упругую резиновую прокладку 5 (см. также фиг. 5), три винта 6, центрирующих шайбу, ввинченных в вилку. С центром шайбы 4 соединен одним концом высокоупругий пружинный жгут 7 (фиг. 3), а на его другом конце закреплена соосно ему призма 8 из высокотвердого материала (рубина, сапфира, твердого сплава), в которую вставлена игла 9, укрепленная в торце упругоподатливой вставки 10 соосно ей, причем в другом торце этой вставки соосно ей закреплена вторая игла 11, которая острием опирается на призму 12, установленную на верхнем конце рессоры 13. Нижний конец последней закреплен на ползуне 14, который с помощью микрометрического винта 15 имеет возможность при регулировках перемещаться, чем осуществляется требуемое поджатие рессоры 13 (а вместе с ней элемента 9-10-11).

Обе вилки вышеописанной конструкции объединяются в одно амортизирующее звено путем жесткого соединения призм 8 I и II вилки. При этом жгуты вилок I и II, соединенные в зоне призм 8, могут быть выполнены в виде единого Г-образного жгута с изгибом в зоне призм 8, причем концы Г-образного жгута закреплены на координатных устройствах I и II вилок, и электроизолированные жилы жгута разведены и распаяны на колодках 16.

Каждая отдельная жила жгута представляет собой проводник, а количество жил в жгуте определяет количество каналов токоподвода.

Для значительного понижения частоты амортизатора необходимо снизить жесткости жгутов, что достигается введением поджатых элементов 9-10-11, имеющих отрицательную жесткость за счет этого поджатия, которая суммируется с положительной жесткостью жгута, в результате чего амортизирующее звено в целом имеет очень малую жесткость, что и требуется.

Координатные устройства за счет переориентации шайб 4 при регулировках позволяют обеспечивать в среднем положении соосность жгутов и игл, благодаря чему амортизирующее звено имеет по трем взаимно перпендикулярным осям качественные, стабильные и симметричные силовые характеристики.

Амортизирующее звено работает следующим образом.

При действии вибрации со стороны основания по оси Z упруго деформируются жгут 7 и элемент 9-10-11 вилки II, при этом жгут 7 и элемент 9-10-11 вилки I не деформируются (их по оси Z можно считать практически жесткими), в результате чего по оси Z за счет существенно пониженной жесткости обеспечивается высококачественная низкочастотная виброизоляция.

Аналогично обеспечивается высококачественная низкочастотная виброзащита объекта при действии вибрации по оси Х с той разницей, что здесь, наоборот, жгут 7 и элемент 9-10-11 вилки II по оси Х не деформируются, а виброзащита обеспечивается за счет упругой деформации жгута 7 и элемента 9-10-11 вилки I.

При действии вибрации по оси Y высококачественная виброзащита обеспечивается за счет упругой деформации жгутов 7 и элементов 9-10-11 одновременно I-й и II-й вилок.

Эффективная защита объекта от крутильных колебаний по углам ϕ, θ, Ψ обеспечивается совершенно аналогично за счет упругой деформации жгутов 7 и элементов 9-10-11.

Все функциональные элементы подвески надежно задемпфированы от высокочастотных (собственных) резонансов и, кроме того, токоподвод, осуществляемый непосредственно через упругие жгуты 7, позволяет устранить штатные токоподводящие кабели и их влияние на низкочастотные виброизолирующие свойства подвески.

Использование: в пространственной низкочастотной защите объектов, входящих в состав оборудования космических аппаратов. Сущность изобретения: каждое амортизирующее звено из нескольких (например, трех) подвесок содержит вилки (3), установленные под углом 90° друг к другу и взаимодействующие посредством высокоупругих пружинных жгутов (7), соединенных одними концами с вилками посредством координатных устройств (4,5,6), а другими - с центральной призмой (8) из высокотвердого материала (рубин, сапфир и т.д.). Соединение дополняется упруго податливыми вставками (10), упертыми своими концевыми иглами (9) и (11) соответственно в центральную призму (8) и призмы (12), установленные на вилках (3) противоположно шайбам (4) координатных устройств. Усилие в соединении вилок со жгутами регулируется микрометрическим винтом (15), поджимающим каждую из рессор (13), где установлена призма (12). Амортизирующее звено закрепляется между изолируемым объектом и корпусом посредством выполненных на вилках штифтов (вдоль оси ОУ) и обеспечивает надежную шестистепенную низкочастотную виброизоляцию объекта в условиях малого нагружения последнего (в невесомости). 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. АМОРТИЗИРУЮЩЕЕ ЗВЕНО УПРУГОЙ ПОДВЕСКИ ОБОРУДОВАНИЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА, содержащее соединительно-опорные элементы, связанные с ними упругодемпфирующие средства для восприятия пространственных динамических нагрузок на оборудование и регулировочные элементы, отличающееся тем, что, с целью повышения качества низкочастотной виброзащиты частей оборудования малой массы в условиях невесомости, в нем соединительно-опорные элементы выполнены в виде двух крестообразно расположенных вилок, на каждой из которых размещены последовательно вдоль ее основания координатное устройство, соединенный с ним одним концом упругий элемент, выполненный в виде прямолинейного проволочного жгута, на другом конце которого закреплена призма из высокотвердого материала, взаимодействующая с упругоподатливой вставкой посредством одной из закрепленных на концах вставки игл, причем другая игла вставки уперта в аналогичную призму, связанную с основанием вилки при помощи рессоры, снабженной элементом регулирования ее положения на основании, а концы жгута разных вилок, где закреплены призмы, жестко соединены друг с другом. 2. Звено по п.1, отличающееся тем, что координатное устройство выполнено в виде опирающейся на резиновую прокладку жесткой шайбы и трех центрирующих шайбу винтов, ввинчиваемых в вилку амортизатора.