КРЫШКА ЛЮКА СИСТЕМЫ ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК B64C1/14 B64G1/22 

Изобретение относится к области устройств, применяемых при термостатировании газом (воздухом) космических аппаратов, размещенных под защитным обтекателем ракеты тяжелого класса космического назначения в процессе транспортирования к месту старта, при подготовке к запуску и запуске, а также для стравливания газа из-под защитного обтекателя при полете ракеты по траектории выведения на орбиту.

Известны устройства для дренажа газов в виде пластин, сидящих на валу, где прижатие пластин к седлу осуществляется с помощью пружины, связанной с рычагом на валу [1] аналог.

Для прижатия таких крышек к седлу люка применяются упругие элементы - пружины. Такие крышки применяются в различных устройствах регулирующих или перекрывающих поток газа (воздуха), как, например, в устройстве для откидных обтекателей на воздушных и наземных транспортных средствах [2] прототип, или же обычные входные двери с пружиной.

Однако в случае применения такого рода крышек на защитных обтекателях космических аппаратов, необходимо сначала во время транспортирования ракеты к месту старта, стоянке на старте до момента запуска, с небольшим внутренним избыточным давлением прогонять внутри большое количество газа (обычно это воздух или азот) для обеспечения требуемого теплового режима для аппаратуры космического аппарата, а затем, уже в процессе полета ракеты, необходимо стравливать газ из-под защитного обтекателя. В последнем случае, при стравливании газа по мере набора ракетой высоты, необходимо поддерживать внутреннее давление избыточным, то есть несколько большим, чем наружное. При превышении наружного давления над внутренним существенно ухудшается устойчивость оболочки защитного обтекателя ввиду ее больших размеров, что, в конечном счете, приводит к значительному увеличению массы защитного обтекателя, а соответственно к уменьшению массы полезного груза. Чтобы избежать этого явления, крышки люков делают управляемыми, с применением гидравлики или пневматики и с системами управления (иногда нескольких для транспортирования и для стоянки на пусковом столе).

Усложняется не только крышка, но и технология эксплуатации ракеты, и, кроме того, уменьшается надежность пуска. Для того, чтобы избежать негативных явлений, связанных с управлением крышек, лучше выполнять их неуправляемыми. Такие крышки хорошо работают при термостатировании, удовлетворяя все необходимые для этого условия. Однако в районе крышки возникает при больших скоростях полета разряжение, что приводит к понижению давления внутри защитного обтекателя до величин меньших, чем давление снаружи со всеми вышеуказанными последствиями.

Решение задачи обеспечивается тем, что к подпружиненной крышке системы термостатирования подсоединяется сервоусилитель, который включается в работу, когда на ракету начинает действовать определенная перегрузка. Величина этой перегрузки должна быть больше перегрузок от транспортировки, установки на пусковую установку ракеты, то есть всех наземных работ, но быть такой, чтобы соответствовать началу выведения, когда скорость ракеты мала и соответственно за крышкой нет еще разряжения.

Обычно при транспортировках перегрузок более 1,1 g (где g ускорение свободного падения) не бывает. Если принять за расчетную величину 1,3 1,5g, то это будет соответствовать высотам полета от 10 до 200 м, где скорости полета еще малы.

Решение задачи обеспечивается тем, что подпружиненная крышка системы термостатирования закрепляется петлями к защитному обтекателю и снабжается сервоусилителем, механизм которого закреплен на защитном обтекателе.

Сервоусилитель выполнен в виде пружины сжатия на штоке, который снабжен с одной стороны ограничителем хода, а с другой стороны соединен осевым шарниром с пазом на подпружиненной крышке. Шток проходит через направляющую втулку, жестко связанную с защитным обтекателем. Пружина сжатия оперта о направляющую втулку и удерживается в сжатом состоянии выступом на блокирующем устройстве. Блокирующее устройство связано с рычагом рычажного механизма переключения с упругим звеном. Один из рычагов рычажного механизма переключения с упругим звеном снабжен грузом, оттарированным таким образом, чтобы при требуемой перегрузке создавался момент на рычагах, достаточный для срабатывания механизма переключения.

Блокирующее устройство выполнено в виде двух тел, вращающихся на осях, одно из которых, входя частью цилиндра в другое, удерживает его от поворота ( Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике, т. 1, М. Наука, 1970, с. 205, ПРОЗ-331).

Рычажный механизм переключения с упругим звеном (Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике, т. 3, М. Наука, 1979, с. 297, РУПВ-1996) выполнен в виде двух рычагов на неподвижной оси и связанных пружиной растяжения. Предельные положения рычагов ограничены упорами (выступами).

Соединение воедино известных элементов: пружины сжатия, блокирующего устройства и рычажного механизма переключения с упругим звеном, и оснащение одного рычага рычажного механизма переключения с упругим звеном тарированным грузом создает сервоусилитель нового вида.

Устройство крышки люка с сервоусилителем показано на чертеже.

На корпусе защитного обтекателя 1 на петлях 2 поворачивается крышка 3, поджимаемая к седлу 4 пружиной 5. Шток 6 сервоусилителя, проходящий через направляющую 7, связан осью 8 с пазом 9 кронштейна 10 на крышке 3. Шток 6 оснащен ограничителем хода 11. Пружина сжатия сервоусилителя 12 удерживается в сжатом состоянии упором 13 на блокирующем устройстве 14, насажанном на ось 15. Ось 15 смонтирована на корпусе сервоусилителя 16. Блокирующее устройство 14 через цилиндрическую поверхность 17 связано с рычагом 18 рычажного механизма переключения с упругим звеном. Рычаги 18 и 19 вращаются на оси 20, укрепленной на корпусе 16 и связаны между собой пружиной 21. На рычаге 19 укреплен тарированный груз 22. Положения рычагов ограничиваются: для рычага 18 начальное упором 23, конечное упором 24; для рычага 19 начальное - упором 25, конечное упором 26.

Устройство работает следующим образом.

При транспортировании и стоянке на пусковой установке пружина сервоусилителя 12 сжата и удерживается в таком положении упором 13. Крышка 3 поджимается к седлу 4 только пружиной 5, усилие которой выбрано исходя из условий термостатирования. При отделении ракеты от стартового сооружения термостатирование прекращается.

В полете, при достижении ракетой расчетной перегрузки (1,3 1,5g), на рычаге 19 с тарированным грузом 22 создается момент сил, который преодолевает усилие пружины 21, и рычаг 19 с упора 25 перекидывается на упор 26. Момент сил, возникший на рычаге 18, перекидывает его с упора 23 на упор 24. Блокирующее устройство 14 освобождается и пружина сервоусилителя 12 поворачивает упор 13 и упирается в ограничитель хода 11. После этого на крышку 3 начинают воздействовать совместно усилия пружин 5 и 12.

Расчет пружин должен быть произведен таким образом, чтобы момент сил, действующий на крышку 3 от их совместного действия, обеспечивал требуемое избыточное давление внутри защитного обтекателя 1.

Экономический и технический эффект, возникающий от применения крышек люков термостатирования с сервоусилителем на защитных обтекателях космических аппаратов ракет тяжелого класса определяется:
во-первых, снижением массы защитного обтекателя и, тем самым, увеличением массы полезного груза (космического аппарата);
во-вторых, упрощением технологии обслуживания ракеты, так как устраняется управление крышками люков, которые теперь сами, автоматически, открываются и закрываются при подаче и при прекращении подачи газа термостатирования;
в-третьих, увеличивается надежность пуска ракеты за счет устранения систем управления, служащих часто источником неполадок, и упрощения технологии обслуживания ракеты;
в-четвертых, уменьшается стоимость ракеты за счет исключения дорогостоящих систем управления.

Планируется применение крышек люков термостатирования с сервоусилителем на защитных обтекателях ракеты тяжелого класса.

Использование: изобретение относится к области устройств, применяемых при термостатировании газом (воздухом) космических аппаратов, размещенных под защитным обтекателем ракеты тяжелого класса космического назначения в процессе транспортирования к месту старта, при подготовке к запуску и запуске, а также для стравливания газа из-под защитного обтекателя при полете ракеты по траектории выведения на орбиту. Сущность изобретения: крышка люка системы термостатирования газом, крепящаяся петлями к защитному обтекателю, с космическим аппаратом внутри него на ракете космического назначения, снабжена укрепленным на защитном обтекателе сервоусилителем, выполненным в виде пружины сжатия, посаженной на шток, который снабжен с одной стороны ограничителем хода, а с другой стороны соединен осевым шарниром с пазом на подпружиненной крышке, при этом шток проходит через направляющую втулку, пружина сжатия оперта с одной стороны о направляющую втулку, а с другой стороны удерживается в сжатом состоянии упором на блокирующем устройстве, при этом блокирующее устройство жестко соединено с рычагом рычажного механизма переключения с упругим звеном, один из рычагов которого снабжен тарированным грузом. 1 ил.

Крышка люка системы термостатирования газом космического аппарата, содержащая собственно подпружиненную крышку и петли ее крепления к защитному обтекателю космического аппарата, отличающаяся тем, что она снабжена сервоусилителем, выполненным в виде пружины сжатия, посаженной на шток, который снабжен с одной стороны ограничителем хода, а с другой стороны - осевым шарниром, размещенным в пазу, выполненным на подпружиненной крышке, при этом шток проходит через направляющую втулку, а пружина сжатия оперта с одной стороны о направляющую втулку, а с другой стороны удерживается в сжатом состоянии упором на блокирующем устройстве, при этом блокирующее устройство жестко соединено с рычагом рычажного механизма переключения с упругим звеном, один из рычагов которого снабжен тарированным грузом.