УСТРОЙСТВО РАЗДЕЛЕНИЯ СТВОРОК ГОЛОВНОГО ОБТЕКАТЕЛЯ Российский патент 2009 года по МПК B64G1/00 F42B15/36 

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано при проектировании систем отделения створок головных обтекателей многоступенчатых ракет с большими габаритами полезного груза (ПГ).

Головной обтекатель (ГО) предохраняет ПГ на атмосферном участке полета ракеты от воздействия аэродинамических нагрузок и тепловых потоков. После прохождения плотных слоев атмосферы, ГО отделяется от ракеты как пассивная масса.

В ракетно-космической технике получила широкое распространение схема отделения двухстворчатого ГО с применением толкателей разворота и сброса створок (см. Грабин Б.В. и др. Основы конструирования ракет-носителей космических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1991, с.288, 298). Конструкция такого ГО содержит устройство разделения створок по продольному стыку, узлы крепления створок к ракете-носителю (РН), толкатели, узлы разворота, толкатели сброса створок. Устройство разделения продольного стыка створок ГО состоит из установленных по стыку рычажных или шариковых замков, соединенных между собой и с наконечником ГО тягами и раскрывающихся при помощи привода. Многолетняя эксплуатация такой конструкции ГО на РН типа «Союз» показала высокую надежность, однако не лишенную недостатков: с увеличением габаритов ГО значительно возрастает количество замков рычажного типа и, как следствие, при монтаже и регулировке возрастает влияние «человеческого фактора» на надежность срабатывания системы отделения ГО.

Так, на ГО РН типа «Союз» с учетом его габаритов, условий эксплуатации и обеспечения необходимой прочности ГО, установлены по продольному стыку створок 64 замка рычажного типа. Это приводит к увеличению веса ГО и требуемой зоны размещения замков, к снижению надежности отделения ГО и усложняет техпроцесс сборки ГО.

Известна многоступенчатая ракета (см. патент №2076058 RU), в которой имеется устройство продольных узлов разделения оболочки головного обтекателя, выполненных в виде двух частей металлического лонжерона, соединенных каждая со створками по разные стороны сквозного паза и между собой заклепочными швами, а в зазоре между частями лонжерона установлен детонирующий удлиненный заряд (ДУЗ).

Такая конструкция лишена недостатков аналога, однако имеет ряд недостатков.

Разделение продольного стыка створок ГО таким устройством производится под воздействием импульса срабатывания ДУЗ, обеспечивающего сначала разрушение заклепочного соединения устройства, а затем придание разделившимся створкам необходимой линейной скорости для безударного отхода их от РН.

Установка ДУЗ непосредственно в зазоре между частями лонжерона создает при взрыве значительные виброударные нагрузки на конструкцию РН.

Так как энергетика ДУЗ определяется с учетом необходимости обеспечения требуемой линейной скорости отделения створок ГО, масса ДУЗ значительно возрастает с увеличением габаритов и веса отделяемых створок и, соответственно, приводит к увеличению виброударных импульсов на конструкцию РН. Так, масса ДУЗ для отделения створок ГО РН типа «Союз» достигает ~2 кг в тротиловом эквиваленте. Взрыв такого заряда на борту ракеты может привести к отказу приборов, установленных в непосредственной близости к срабатываемому заряду.

Кроме того, при работе такого устройства в окружающее пространство вылетает значительное количество образующихся при взрыве газов, пламени, осколков, которые могут повредить конструкцию космического аппарата (КА), находящегося под обтекателем. При установке такого устройства на ГО должны проводиться работы по установке заклепочных швов при соединении частей лонжерона между собой вблизи установленного в устройстве ДУЗ. Еще более сложной становится технология работ при необходимости демонтажа ГО (например, при разборке в случае вынужденного снятия ее с пускового устройства).

Технической задачей изобретения является снижение уровня виброударного нагружения конструкции ракеты и КА при взрыве ДУЗ, устранение попадания продуктов взрыва ДУЗ в зону размещения КА, повышение надежности устройства и упрощение технологии сборки ГО.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве разделения оболочки ГО, выполненном из двух частей, между которыми расположен ДУЗ и узлы крепления створок ГО к РН, ДУЗ размещен по периметру ГО в замкнутой емкости, которая охвачена адаптером, выполненным из двух частей, соединенных между собой внахлестку с помощью фиксирующих элементов, установленных диаметрально противоположно в плоскости разделения створок обтекателя, а образованные полости в самой замкнутой емкости, а также между внутренней поверхностью адаптера и наружной поверхностью замкнутой емкости заполнены пористым материалом, причем в местах крепления адаптера к узлам разделения оболочек ГО выполнены зазоры и установлены амортизаторы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлена схема размещения устройства разделения створок ГО; на Фиг.2 показано сечение А-А; на Фиг.3 показано сечение Б-Б, поясняющее конструкцию устройства разделения створок ГО.

1, 2 - створки ГО;

3 - устройство разделения створок ГО;

4 - ракета-носитель;

5 - пирозамки;

6 - узлы вращения створок;

7 - механические замки с толкателями;

8 - пневмотолкатели;

9, 10 - продольные узлы разделения створок;

11 - болтовое соединение;

12 - детонирующий удлиненный заряд;

13 - замкнутая емкость;

14, 15 - части адаптера;

16 - фиксирующий элемент;

17 - пористый материал;

18 - зазоры;

19 - амортизаторы;

20, 21 - электродетонаторы.

Устройство содержит створки 1 и 2 ГО, которые соединены устройством разделения 3 по образующей ГО, а с РН 4 соединены пирозамками 5. Узлы вращения 6 створок снабжены механическими замками с пружинными толкателями 7 отделения створок. На каждой створке установлено по два пневмотолкателя 8.

Устройство содержит продольные узлы разделения, состоящие из двух частей 9 и 10 соответственно, соединенных каждая с оболочкой ГО болтовыми соединениями 11. Между продольными узлами разделения створок установлен ДУЗ 12, размещенный в замкнутой емкости 13, охваченной адаптером, выполненным из двух частей 14 и 15, соединенных внахлестку с помощью фиксирующих элементов 16 (запрессованных штифтов), установленных диаметрально противоположно в плоскости разделения створок 1, 2. Внутренние полости между ДУЗ 12 и замкнутой емкостью 13 и между внутренней поверхностью частей адаптера 14 и 15 и наружной поверхностью замкнутой емкости 13 заполнены пористым материалом 17. В качестве пористого материала используется заливочный материал «Компаунд». В местах крепления частей адаптера 14 и 15 к узлам разделения створок 1, 2 ГО выполнены зазоры 18 и установлены амортизаторы 19. ДУЗ 12 взаимодействует с электродетонаторами 20,21.

При отделении ГО подаются соответствующие команды на срабатывание замков 5, соединяющих ГО с РН, на взведение пневмотолкателей 8 и на срабатывание устройства 3 разделения створок 1, 2.

Под действием пневмотолкателей 8, разделившиеся створки 1, 2 вращаются в узлах 6 и при достижении заданного угла разворота срабатывают механические замки, и толкатели 7 отталкивают створку от РН.

Устройство 3 разделения створок 1,2 работает следующим образом.

При подаче электрического импульса на мостики электродетонаторов 20 и 21 последние, срабатывая, инициируют ДУЗ. Под действием образовавшихся продуктов детонации емкость 13 деформируется и создает распорный импульс силы, который передается через демпфирующий материал 17 на части 14 и 15 адаптера, которые начинают перемещаться друг относительно друга и срезают фиксирующие элементы (штифты) 16, после чего адаптер распадается. Остаточная кинематическая энергия разделившихся частей 14, 15 адаптера гасится амортизаторами 19.

После срабатывания адаптера жесткая связь между створками 1, 2 ГО нарушается, и под действием пневмотолкателей 8 они переходят во вращательное движение и отделяются от РН.

Наличие в предложенном устройстве адаптера, охватывающего емкость 13 с помещенным в ней ДУЗ 12, и состоящего из двух частей 14 и 15, имеющих возможность свободного перемещения после среза фиксирующих элементов 16, благодаря имеющемуся зазору 18, позволяет локализовать виброударный и расталкивающий импульсы, возникающие при срабатывании устройства.

Амортизаторы 19, установленные в зазорах 18 между частями адаптера 14, 15 и продольными узлами разделения створок 9, 10, уменьшают величины ударного воздействия разделившихся частей адаптера на конструкцию створок ГО.

Предложенная конструкция устройства позволяет расчетно-эксперементальным методом подобрать оптимальную величину массы заряда, обеспечивающую надежное срабатывание адаптера (срез штифтов) и снижение до минимального уровня виброударного воздействия взрыва ДУЗ на конструкцию ГО.

Так как ДУЗ срабатывает в замкнутой емкости, выход продуктов детонации заряда в окружающее пространство полностью исключается.

При определении мощности ДУЗ предложенного устройства нет необходимости ее увеличивать для обеспечения створкам ГО линейной скорости отделения, т.к. отделение створок осуществляется толкателями. Уменьшение значения требуемой массы заряда в предложенном устройстве по сравнению с прототипом, существенно снижает уровень виброударных воздействий устройства на конструкцию РН. Так, применительно к ГО РН типа «Союз», масса заряда предлагаемого устройства снижается ~ в 5 раз.

Наличие пористого материала между зарядом и стенками емкости и между внутренней поверхностью адаптера и емкостью обеспечивает фиксированное положение заряда в адаптере и предохраняет его от возможных повреждений в процессе эксплуатации РН, а также снижает уровень виброударных нагрузок на конструкцию адаптера при его срабатывании. Соединение частей адаптера внахлестку создает базу для направленного перемещения частей на начальном участке, что необходимо для надежного разрушения фиксирующих элементов. Этому же способствует диаметрально-противоположное расположение штифтов в плоскости разделения створок.

Перечисленные выше признаки конструкции устройства обеспечивают высокую надежность срабатывания как самого адаптера, так и устройства в целом.

При соединении створок ГО предложенным устройством упрощается техпроцесс сборки (или разборки) ГО, заключающийся в затяжке гаек винтов адаптера.

Таким образом, применение предложенной конструкции устройства разделения створок ГО РН типа "Союз" позволяет решить поставленные задачи: снизить уровень виброударного нагружения конструкции РН и КА при взрыве ДУЗ, устранить попадание продуктов взрыва ДУЗ в зону размещения КА, повысить надежность отделения ГО и упростить технологию сборки ГО.

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, более конкретно, к устройствам разделения створок головного обтекателя. Устройство содержит продольные узлы разделения оболочки головного обтекателя, выполненные из двух частей, между которыми расположен детонирующий удлиненный заряд, и узлы крепления створок головного обтекателя к ракете-носителю. Детонирующий удлиненный заряд размещен по периметру обтекателя в замкнутой емкости, которая охвачена адаптером, выполненным из двух частей, соединенных между собой внахлестку с помощью фиксирующих элементов, установленных диаметрально противоположно в плоскости разделения створок обтекателя. Образованные полости в самой замкнутой емкости, а также между внутренней поверхностью адаптера и наружной поверхностью замкнутой емкости заполнены пористым материалом, причем в местах крепления адаптера к узлам разделения оболочки головного обтекателя выполнены зазоры и установлены амортизаторы. Технический результат изобретения заключается в снижении уровня виброударного нагружения конструкции ракеты и космического аппарата при взрыве детонирующего удлиненного заряда и повышении надежности устройства и упрощении технологии сборки головного обтекателя. 3 ил.

Устройство разделения створок головного обтекателя ракеты-носителя, содержащее продольные узлы разделения оболочки головного обтекателя, выполненные из двух частей, между которыми расположен детонирующий удлиненный заряд, и узлы крепления створок головного обтекателя к ракете-носителю, отличающееся тем, что детонирующий удлиненный заряд размещен по периметру обтекателя в замкнутой емкости, которая охвачена адаптером, выполненным из двух частей, соединенных между собой внахлестку с помощью фиксирующих элементов, установленных диаметрально противоположно в плоскости разделения створок обтекателя, а образованные полости в самой замкнутой емкости, а также между внутренней поверхностью адаптера и наружной поверхностью замкнутой емкости заполнены пористым материалом, причем в местах крепления адаптера к узлам разделения оболочки головного обтекателя выполнены зазоры и установлены амортизаторы.