ОТСЕК ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 2009 года по МПК B64C1/14 B64G1/22 

Изобретение относится к области аэродинамики летательных аппаратов (ЛА) и может быть использовано в ракетостроении и авиации при создании отсеков для ЛА, совершающих полет по траекториям подъема и спуска ЛА.

Изобретение предназначено для регулирования аэродинамических давлений, действующих на отсек ЛА, его элементы (оболочку, монтажные, технологические люки и др. элементы) и изделия (объекты транспортировки, блоки автоматики системы управления и др.), размещенные в отсеке.

Известен отсек ЛА, например отсек самолета, содержащий оболочку с дренажным отверстием, выполненным в оболочке, шарнирно установленные в дренажном отверстии створки, механизм перемещения створок с рычагами, обеспечивающий перемещение створок для регулирования давлений в отсеке самолета [1].

Недостаток этого технического решения - сложность конструктивно-компоновочной схемы отсека из-за наличия в составе самолета механизма перемещения створок.

Известен отсек ЛА, например отсек орбитального корабля «Буран», содержащий оболочку, дренажные отверстия, выполненные в оболочке отсека, створки, установленные в дренажных отверстиях, приводы и систему управления створками [2].

Предназначенные для снижения перепадов давлений, действующих на оболочку отсека, створки снабжены системой управления с приводами для закрытия и открытия дренажных отверстий по траекториям подъема и спуска в соответствии с фиксированной для траекторий циклограммой работы створок. Наличие управляемых по траекториям приводов приводит к усложнению конструкции отсека, а также обуславливает необходимость привязки циклограммы системы управления приводов к расчетным траекториям. Тем самым усложняют конструктивно-компоновочную схему отсека.

Известен отсек ЛА, например отсек ракеты-носителя, содержащий оболочку, дренажное отверстие, выполненное в оболочке отсека, подпружиненную крышку, шарнирно установленную в дренажном отверстии оболочки [3].

По этому техническому решению подпружиненная крышка, настроенная на заданный перепад давлений, не превышающий максимально допустимый из условий прочности элементов отсека, открывается за счет избыточного аэродинамического давления, действующего на отсек по траектории подъема, без применения приводов с системой их управления для открытия крышки.

Недостаток этого технического решения - не обеспечивается регулирование давления по траектории спуска ЛА. Техническое решение применимо только для ракет, совершающих полет по траекториям с увеличением высоты полета.

Техническое решение [3] наиболее близко к предлагаемому и принято авторами за прототип.

Задачей изобретения является обеспечение регулирования давлений в отсеке ЛА, совершающего полет по траекториям подъема и спуска, при упрощении конструктивной схемы отсека.

Задача решается таким образом, что в отсеке ЛА, содержащем оболочку с дренажным отверстием, подпружиненную крышку, шарнирно установленную в дренажном отверстии оболочки, согласно изобретению в крышке также выполнено дренажное отверстие и в нем шарнирно установлена подпружиненная створка заподлицо с поверхностью крышки, при этом в оболочке отсека выполнен ограничитель перемещения крышки в отсека, а в крышке и створке выполнены ограничители перемещения отдельно створки в отсек, чем обеспечивается перемещение крышки совместно со створкой в отсек и отдельно створки - в наружную среду.

Техническими результатами изобретения являются:

- обеспечение перепадов давлений, действующих на отсек при полете по траектории спуска, превышающих перепады давлений, действующие на отсек при полете по траектории подъема;

- упрощение конструктивно-компоновочной схемы отсека;

- расширение функциональных возможностей отсека.

Сущность изобретения поясняется конструктивной схемой отсека, иллюстрациями перемещения крышки и створки в процессе регулирования давлений в отсеке, а также графиками аэродинамических давлений, действующих на отсек по траекториям полета ЛА.

На фиг.1 приведена схема отсека, показаны основные его элементы и выделен фрагмент отсека с крышкой (узел I).

На фиг.2, 3, 4 показаны основные элементы фрагмента отсека с крышкой, соответственно в исходном положении и в процессе регулирования давлений в отсеке на траекториях подъема и спуска ЛА.

На фиг.1, 3 и 4 также иллюстрируются направления перемещения крышки со створкой (сплошными стрелками), отдельно створки (пунктирной стрелкой) и направления перетекания газовой среды при регулирования давлений в отсеке.

На этих фигурах:

1 - оболочка;

2, 5 - дренажные отверстия;

3 - крышка;

4, 7 - шарниры;

6 - створка;

8, 9, 13, 14 -кронштейны;

10, 11, 15, 16 - отверстия;

12, 17 - пружины;

18, 19, 20 - ограничители.

На фиг.5 и 6 приведены зависимости перепадов давлений ΔР и -ΔР, действующих на отсек, от времени полета t ЛА при различных значениях эффективной проходной площади створки (µS)_ств. и крышки (µS)_кр., соответственно для траекторий подъема и спуска ЛА, где:

S_ств., S_кр. - проходная площадь створки и крышки, соответственно;

µ_ств., µ_кр. - коэффициент расхода проходной площади створки и крышки, соответственно.

Отсек ЛА (фиг.1) содержит оболочку 1, в которой выполнено дренажное отверстие 2 (см. также фиг.4) и в нем установлена подпружиненная крышка 3, которая может перемещаться в отсек на шарнирах 4 крышки 3.

В крышке 3 также выполнено дренажное отверстие 5 (см. также фиг.3) и в нем установлена подпружиненная створка 6, которая может перемещаться на шарнирах 7 створки 6 как в наружную среду, так и совместно с крышкой 3 на шарнирах 4 крышки 3 в отсек.

На внешних поверхностях (вид А) оболочки 1 и крышки 3 установлены соответственно кронштейны 8 и 9, выполненные в виде перевернутых Т-образных профилей с отверстиями 10 и 11, обеспечивающими установку и регулирование натяжения пружин 12 крышки 3.

Аналогично на внутренних поверхностях (вид В) оболочки 1 и створке 6 установлены кронштейны 13 и 14, также выполненные в виде Т-образных профилей с отверстиями 15 и 16, обеспечивающими установку и регулирование натяжения пружин 17 створки 6.

В оболочке 1 отсека выполнен ограничитель 18 перемещения крышки 3 в наружную среду (фиг.4), а в крышке 3 и створке 6 - ограничители 19 и 20 перемещения отдельно створки 6 в отсек (фиг.3). Ограничители 18, 19, 20 могут быть выполнены в виде уступов.

Для уменьшения воздействия аэродинамического потока на пружины 12 крышки 3 они могут быть закрыты обтекателями или уложены в ложементы, выполненные в оболочке 1 и крышке 3 (для упрощения на чертеже не показаны).

Таким образом, реализуют возможность перемещения отдельно створки в наружную среду (фиг.3) и крышки совместно со створкой - в отсек (фиг.4), чем обеспечивают эффективную проходную площадь створки (µS)_ств. на участке подъема меньше эффективной проходной площади крышки (µS)_кр. на участке спуска ЛА.

Регулирование давлений в отсеке осуществляют следующим образом.

При обтекании отсека А аэродинамическим потоком со скоростью V на оболочку 1 отсека действует наружное Р_нар. и внутреннее Р_вн. давления (фиг.2, 3 и 4). Величины этих давлений и их избыточные давления ΔP_i зависят от параметров траектории полета ЛА и режимов работы отдельно створки 6 и крышки 3 совместно со створкой 6.

В исходном положении давление внутри отсека равно наружному давлению

Р_вн.=Р_нар. Крышка 3 перекрывает дренажное отверстие 2 оболочки 1 под действием пружин 12 и устанавливается заподлицо с оболочкой 1 отсека. При этом створка 6 под действием пружин 17 устанавливается заподлицо с крышкой 3 (фиг.2, узел I).

При полете ЛА по траектории подъема внутри отсека реализуется положительное избыточное давление ΔP₁=Р_вн.-Р_нар., которое зависит от эффективной проходной площади (µS)_ств. створки 6 и имеет характерный максимум (фиг.5), причем с увеличением (µS)_ств. избыточное давление ΔР уменьшается. Оболочка 1 отсека работает на растяжение.

Уменьшение положительного избыточного давления ΔР внутри отсека по траектории подъема осуществляют путем истечения газовой среды из отсека. При этом створка 6 под действием положительного избыточного давления в отсеке перемещается в наружную среду (фиг.3).

Допустимое избыточное давление ΔР_доп. внутри отсека (фиг.5) обеспечивают заданной эффективной проходной площадью (µS)_ств. створки 6, что достигается настройкой пружин 17 створки 6.

После сброса избыточного давления из отсека створка 6 закрывается под действием пружин 17 створки 6 и принимает исходное положение (фиг.2).

При полете ЛА по траектории спуска внутри отсека реализуется отрицательное избыточное давление -ΔР₂=Р_вн.-Р_нар., которое зависит от эффективной проходной площади (µS)_кр. крышки 3 и имеет характерный минимум (фиг.6), причем с увеличением (µS)_кр. избыточное давление -ΔР уменьшается. Оболочка 1 отсека работает на сжатие.

Уменьшение отрицательного избыточного давления -ΔР внутри отсека по траектории спуска осуществляют путем вдува газовой среды в отсек. При этом под действием положительного избыточного давления в наружной среде створка 6 прижимается к крышке 3 и крышка 3 со створкой 6 перемещается в отсек (фиг.4).

Допустимое отрицательное избыточное давление -ΔР_доп. внутри отсека (фиг.6) обеспечивают заданной эффективной проходной площадью (ΔS)_кр. крышки 3, что достигается настройкой пружин 12 крышки 3.

После наддува отсека крышка 3 со створкой 6 закрывается под действием пружин 12, прижимается к оболочке 1 и принимает исходное положение (фиг.2).

Поскольку эффективная проходная площадь створки (µS)_ств. выполнена меньше эффективной проходной площади крышки (µS)_кр., реализуют перепады давлений |ΔР₁|, действующие на отсек по траектории подъема, меньше перепадов давлений |ΔР₂|, действующих на отсек по траектории спуска.

Таким образом, обеспечивают регулирование аэродинамических давлений, действующих на отсек ЛА, совершающего полет по траекториям подъема и спуска, что приводит к выполнению поставленной задачи.

Вместе с тем, по сравнению с известными техническими решениями, упрощается конструктивно-компоновочная схема отсека за счет исключения управляемых по траекториям полета приводов перемещения крышки и створки.

Расширяются также функциональные возможности отсека за счет эксплуатации его в составе ЛА, совершающего полет по траекториям подъема и спуска.

В настоящее время техническое предложение реализуется применительно к грузовому отсеку транспортного самолета.

Анализируется возможность использования технического решения для грузового отсека космического аппарата, возвращаемого с орбиты искусственного спутника Земли.

Литература

1. Патент US №3426984 А, 11.02.1969 г.

2. Космический комплекс. Многоразовый орбитальный корабль «Буран». Под ред. Ю.П.Семенова, Г.Е.Лозино-Лозинского, В.Л.Лапыгина, В.А.Тимченко. М.: Машиностроение, 1995, стр.148-150.

3. Патент RU №2145563 С1, 20.02.2002 г.

Изобретение относится к области аэродинамики летательных аппаратов и может быть использовано в ракетостроении и авиации. Отсек летательного аппарата содержит оболочку с дренажным отверстием, подпружиненную крышку, шарнирно установленную в дренажном отверстии оболочки. В крышке также выполнено дренажное отверстие и в нем шарнирно установлена подпружиненная створка заподлицо с поверхностью крышки. В оболочке отсека выполнен ограничитель перемещения крышки из отсека, а в крышке и створке выполнены ограничители перемещения отдельно створки в отсек, чем обеспечивается перемещение крышки совместно со створкой в отсек и отдельно створки - в наружную среду. Изобретение позволяет обеспечить регулирование давлений в отсеке летательного аппарата, совершающего полет по траекториям подъема и спуска, и упростить конструктивно-компоновочную схему отсека. 6 ил.

Отсек летательного аппарата, содержащий оболочку с дренажным отверстием, подпружиненную крышку, шарнирно установленную в дренажном отверстии оболочки, отличающийся тем, что в крышке также выполнено дренажное отверстие и в нем шарнирно установлена подпружиненная створка заподлицо с поверхностью крышки, при этом в оболочке отсека выполнен ограничитель перемещения крышки из отсека, а в крышке и створке выполнены ограничители перемещения отдельно створки в отсек, чем обеспечивается перемещение крышки совместно со створкой в отсек и отдельно створки - в наружную среду.