ЗАМОК-ТОЛКАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК B64G1/64 

Изобретение относится к области космической техники и может быть применено для разделения различных объектов, например спутника от ракеты-носителя.

Известен замок-толкатель [1] содержащий корпус, в котором расположен поршень, несущий шток, связанный срезаемой чекой с гильзой, соединенной посредством шарикового фиксатора с корпусом. Для исключения срезания чеки при нерабочей нагрузке шток снабжен подпружиненным в осевом направлении хвостовиком. При подаче давления на поршень он толкает шток и раскрывает шариковый замок.

К недостаткам этой конструкции можно отнести то, что в процессе раскрытия замка-толкателя возникают местные ударные импульсы, которые отрицательно влияют на аппаратуру, расположенную в непосредственной близости к плоскости разделения космического аппарата.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является замок-толкатель спускаемого аппарата [2] содержащий корпус, во внутреннем канале которого выполнена кольцевая канавка под шарики, стяжку (гильзу), в которой установлены шарики, шток с двумя цилиндрическими поверхностями разных диаметров, сопряженными между собой конической поверхностью, фиксирующей шарики в закрытом положении. Поршень под давлением толкает шток и раскрывает шариковый замок, при этом разделяемым частям сообщается заданная относительная скорость разделения.

Недостатком данного технического решения является то, что в процессе срабатывания шарикового замка-толкателя возникает серия местных ударных импульсов (удар поршня о шток, штока о гильзу и гильзы об отделяемый объект). При этом в зоне установки замка-толкателя ударные нагрузки достигают нескольких тысяч единиц, что может быть критичным для некоторых узлов, составных частей космических аппаратов, расположенных в непосредственной близости от замков-толкателей. Это снижает надежность их работы.

Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, являются снижение ударных нагрузок и повышение надежности работы отделяемого объекта.

Указанная задача решается за счет того, что в известном замке-толкателе, состоящем из корпуса, гильзы, штока и поршня, новым является то, что во внутреннем канале гильзы установлен амортизатор, выполненный из металла (алюминия) с коэффициентом относительного удлинения δ, лежащим в пределах 20-30% и состоящим из набора полых цилиндрических элементов с торцовой стенкой, диаметром, равным диаметру внутреннего канала гильзы. Длина цилиндрической части элемента l₁, толщина цилиндрической части элемента К, диаметр цилиндрической части элемента d и диаметр торцовой стенки D связаны следующими соотношениями:

Такие соотношения определяются, с одной стороны, условиями эффективной работы амортизатора на устойчивость и, с другой стороны, потерей демпфирующих свойств. Указанный интервал значений является оптимальным и подтвержден испытаниями. Суммарная жесткость амортизатора подобрана так, что начальное усилие раскрытия шарикового замка не превышает усилия среза предохранительной чеки. Толщина оболочек цилиндрической части элементов ступенчато изменяется, что обеспечивает постепенную передачу усилия от штока к гильзе и от гильзы к отделяемому объекту при раскрытии шарикового замка и последующем отделении объекта. Суммарная длина амортизатора (т.е. количество элементов) выбрана так, что его деформация должна превышать свободный ход раскрытия шарикового замка и равна 1-1,2 диаметра шарика, применяемого замком-толкателем.

Кроме того, между штоком и поршнем установлен дополнительный амортизатор, состоящий из набора в количестве 3-10 тонких круглых пластин из двух материалов с коэффициентами относительного удлинения δ₁ и δ₂, лежащими в пределах:
δ₁≃ 20% - 30% и δ₁≃ 200% - 300% ,
например алюминия и фторопласта, чередующихся между собой. Толщина цилиндрической части элемента К₁ и количество элементов n связаны следующими соотношениями:
0,5≥К₁≥0,2,
10≥n≥3.

Наличие дополнительного амортизатора создает несколько границ перехода, например, сталь (из которой изготовлен шток) фторопласт алюминий -фторопласт титан (из которого изготовлен поршень), на которых происходит рассеивание энергии ударных волн, что обеспечивает значительный декремент затухания амплитуды ударных нагрузок.

Кроме того, между двумя цилиндрическими поверхностями штока введена тороидальная поверхность, которая обеспечивает более плавный спуск шарика из гильзы и тем самым более плавное раскрытие шарикового замка.

Введение вышеназванных амортизаторов снижает уровень ударных нагрузок на отделяемый объект в 3-25 раз.

На фиг. 1 представлен общий вид замка-толкателя; на фиг. 2 элемент амортизатора, находящегося во внутреннем канале гильзы; на фиг. 3 элемент дополнительного амортизатора, находящегося между штоком и поршнем.

Конструктивно замок-толкатель состоит из цилиндрического корпуса 1 с круговым пазом трапецеидального сечения под шарики 2, закрепленного на шпангоуте ракеты-носителя, гильзы-сепаратора 4, в отверстия которой установлены шарики 2, штока 5 с двумя цилиндрическими поверхностями разных диаметров, сопряженных между собой тороидальной поверхностью 15, фиксирующего шарики 2 в закрытом положении, и поршня 6. Во внутренний канал гильзы 4 перед штоком 5 вложен амортизатор, состоящий из элементов 7. Для их фиксации в канале гильзы установлена заглушка 8. Между штоком 5 и поршнем 6 вложен дополнительный амортизатор, состоящий из элементов 9. Для ограничения рабочего хода на поршне 6 установлена втулка 10. Шпангоут космического аппарата 11 крепится на хвостовой части гильзы 4 с помощью гаек 12 и 13. Шток 5 и гильза 4 зафиксированы между собой чекой 14.

Замок-толкатель работает следующим образом.

При подаче сигнала на разделение поршень 6 под действием рабочего газа через амортизирующие элементы 9 начинает перемещать шток 5, срезая чеку 14 и одновременно деформируя амортизирующие элементы 7. Шарики 2, скользя по тороидальной поверхности штока 5, выходят из зацепления с канавкой корпуса 1, тем самым снимая силовую связь между гильзой 4 и корпусом 1. При дальнейшем движении штока 5 и поршня 6 происходит полная деформация амортизирующих элементов 7 и 9, и поршень 6 через шток 5 и гильзу сообщает объекту необходимую скорость отделения. Для снижения удара поршня 6 о корпус 1 в конце рабочего хода установлена втулка 10.

Использование изобретения позволит снизить ударное воздействие от системы отделения на объект, разместить научную и служебную аппаратуру космического аппарата более равномерно по его объему, тем самым обеспечивая оптимальную его компоновку, и снижает стоимость единицы массы полезной нагрузки космического аппарата.

Использование: изобретение относится к области космической техники и может быть применено для разделения различных объектов, например спутника от ракеты-носителя. Сущность: замок-толкатель содержит корпус, гильзу, шток и поршень. В гильзе установлен амортизатор из металла с коэффициентом относительного удлинения δ, лежащим в пределах 20-30%. Между штоком и поршнем установлен дополнительный амортизатор. 3 ил.

Замок-толкатель, содержащий корпус, во внутреннем канале которого выполнена канавка, гильзу, в которой установлены шарики, шток с двумя цилиндрическими поверхностями разных диаметров, сопряженных между собой, и поршень, отличающийся тем, что две цилиндрические поверхности штока сопряжены между собой тороидальной поверхностью, во внутреннем канале гильзы установлен амортизатор, выполненный из металла с коэффициентом относительного удлинения, лежащим в пределах 20 30% и состоящий из последовательно установленных полых цилиндрических элементов с торцевой стенкой диаметром, равным диаметру внутреннего канала гильзы, причем длина цилиндрической части элемента l₁, его толщина К, диаметр d и диаметр торцевой стенки D связаны следующими соотношениями:
9 ≥ l₁ / K ≥3;
15 ≥ d / K ≥ 5;
D ≥ d + 2K,
кроме того, между штоком и поршнем установлен дополнительный амортизатор, выполненный в виде набора тонких круглых пластин из двух материалов с коэффициентами относительного удлинения δ₁ и δ₂, лежащими в пределах
δ₁≃ 20 - 30%
и
δ₁≃ 200 - 300%,
чередующимися между собой.