ДЕРЖАТЕЛЬ Российский патент 2015 года по МПК B64G1/64 F16B21/20 

Настоящее изобретение относится к машиностроению, преимущественно к держателям различных устройств на космическом аппарате (КА), в частности панелей солнечных батарей.

Из существующего уровня техники известен держатель (замок) зачековки панелей БС, который содержит в своем составе в качестве приводного элемента пиротехнические заряды (чаще два), например пиропатрон, срабатывающий при подаче на него электрического тока. Пиропатроны имеют высокую надежность срабатывания. При этом исполнительным элементом, удерживающим стягивающий болт панелей БС, является разрезная пирогайка. Как пример, рассмотрим патент EP 2298684 A1, от 23.03.2011 г., М Кл. B64G 1/22, B64G/64, F16B 21/12.

К достоинствам данного вида замка относится высокая надежность срабатывания, обусловленная применением пиросредств.

Недостатками данного технического решения являются:

- во-первых, большой ударный импульс при срабатывании пиросредств;

- во-вторых, смятие резьбы пирогайки и болта, стянутых большим усилием, при срабатывании замка. В целях повышения надежности, появляется необходимость замены разрезной гайки и стяжного болта перед использованием в штатных условиях, что не технологично.

При этом, можно проверить только целостность электрических цепей пирочек или других приводных элементов. Проверки срабатывания механизма разрезной гайки замка не проводится, поэтому применение непроверенных элементов понижает общую надежность замка и требует большого объема отработки для обеспечения гарантии срабатывания.

- В-третьих, отсутствие телеметрической информации о факте срабатывания замка снижает качество диагностирования состояния замка на орбите после срабатывания.

Согласно патента EP 1191271 A2, класс F16L 35/00 от 17.07.2001, элементом, удерживающим разрезную гайку, является закрученная пружина, конец которой от раскручивания удерживается элементом из металла с памятью формы.

К достоинствам данного вида замка относится исключение пироудара при срабатывании замка, обусловленное применением элементов из металла с памятью формы.

Недостатками этой системы являются:

во-первых, смятие резьбы пирогайки и болта, стянутых большим усилием. При срабатывании замка появляется дополнительная нетехнологичность - снятие разрезной гайки для восстановления блока в части замены элементов разрезной гайки, взведение раскрученной пружины, фиксация концов пружины элементами из металла с памятью формы;

во-вторых, отсутствие телеметрической информации о факте срабатывания замка снижает качество диагностирования замка на орбите после срабатывания.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является конструкция замка по патенту U.S. No 5,098,042 от 24 марта 1992 года, МКл. E04H 12/18, E05D 15/26.

Известная конструкция предназначена для многократного технологического срабатывания в процессе изготовления замка и разового срабатывания в составе космического аппарата в условиях эксплуатации.

Система поддержания в сложенном положении множества элементов, которые шарнирно соединены друг с другом и со структурой (например, солнечных батарей на космический корабль), элементы которой способны занимать сложенное положение, в котором указанные элементы образуют пакет, или другое развернутое положение, в котором указанные элементы находятся в раскрытом конец-в-конец выравнивании, при этом указанная система содержит:

- держатель (замок зачековки), содержащий фиксирующий элемент, проходящий через указанные множества элементов в сложенном положении, связанный первым из его концов с указанной структурой и связанный вторым концом с внешним элементом (панелью БС) для блокировки фиксирующим элементом в сложенном положении указанных элементов, а также средства управления для разблокировки-блокировки элементов и выпуска фиксирующего элемента, тем самым позволяя набору элементов пройти от сложенного положения в развернутое положение. При этом, средства управления включают в себя множество шариков, распределенных вокруг первого конца, и винты, формирующие распорное усилие шариков на фиксирующий элемент, и второе положение шаров, выпускающее конец фиксирующего элемента.

Замок зачековки по данному патенту действует следующим образом.

Первый конец фиксирующего элемента имеет кольцевую выборку. В эту выборку входят удерживающие данное положение конца фиксирующего элемента поджимающие два шарика с каждой стороны конца, расположенные в горизонтальном канале, и один шарик, расположенный в вертикальном канале. Основное усилие создают два шара, расположенные в горизонтальном канале. Их поджимают два винта, расположенные в торцах каналов. Для обеспечения возможности срабатывания механизма второй горизонтальный шарик смещен вниз, поэтому усилие затяжки распределяется как на горизонтальный шарик (затяжка конца фиксирующего элемента), так и на нижний шарик, упирающийся в средства управления для блокировки-разблокировки и выпуска фиксирующего элемента - поворотную шайбу.

Поворотная шайба соединена с пружинным приводом, а тягой соединена с пироузлом и имеет на контактной с шариками стороне обнижения.

Таким образом, при срабатывании пирочеки гибкая связь, соединенная с рычагом поворотной шайбы, снимает удерживающее усилие от проворота шайбы, и шайба под действием пружины поворачивается, преодолевая усилие от затяжки верхнего шарика. Третий шарик попадает в обнижение шайбы, освобождая место для второго шарика. Конец фиксирующего элемента, под действием усилия затяжки, сдвигает первые шарики в стороны и освобождается.

К достоинствам данного вида замка относится исключение пироудара при срабатывании замка, обусловленное применением варианта удержания штыря шариковым замком.

Недостатками данного технического решения являются:

- во-первых, применение шариков в качестве удерживающих элементов, которые увеличивают контактные напряжения в зоне контакта с кольцевой выемкой фиксирующего элемента (контакт по линии);

- во-вторых, усложнение технологии изготовления и настройки замка (должна быть высокая чистота обработки каналов, наличие смазки, работающей в вакууме, точность настройки величины затяжки регулировочных винтов) в связи с применением многоходового движения шариков при срабатывании. При этом, усилие затяжки шариков винтами (сложно для контроля) приводит к увеличению контактного нагружения поворотной шайбы, а от него зависит усилие на приводе поворота (пружине);

- в-третьих, отсутствие телеметрической информации о факте срабатывания замка, что снижает качество диагностирования состояния замка на орбите после срабатывания замка.

Задачи, на решение которых направлено заявляемое изобретение, заключаются в реализации изделия, отвечающего современным требованиям по надежности и технологичности, а именно:

- повышение надежности срабатывания держателя путем введения механизма разъединения удерживаемых элементов от фиксированного положения на держателе;

- введение предохранительного элемента от несанкционированного раскрытия механизма удерживания стягивающего штыря при технологических работах;

- упрощение технологии изготовления, настройки держателя и снижения нагрузок в механизме удержания стягивающего штыря держателя;

- повышение качества диагностирования состояния КА на орбите после срабатывания держателя.

Поставленные задачи решаются за счет того, что держатель, содержащий корпус, стягивающий штырь, проходящий через набор удерживаемых элементов в сложенном положении, связанный первым из его концов с корпусом держателя и связанный вторым концом с внешним удерживаемым элементом для блокировки удерживаемых элементов, а также механизм удержания стягивающего штыря держателя, связанный с системой управления КА и обеспечивающий отпускание набора удерживаемых элементов, содержит контактный датчик, установленный на неподвижной части держателя, и нажимной элемент, установленный на поверхности личинки и взаимодействующий со штоком датчика в конце хода при перемещении личинки, предохранительный элемент от несанкционированного срабатывания механизма удержания стягивающего штыря за счет поворота подвижного основания механизма, а в стыке с набором удерживаемых элементов и корпусом держателя введен механизм разъединения удерживаемых элементов от фиксированного положения на держателе после отпускания, состоящий из пружины, при этом стягивающий штырь имеет сферические выступы в зоне контакта с рычагами, а механизм удержания стягивающего штыря включает в себя обойму с неравноплечими рычагами, каждый из которых упирается меньшим плечом в сферические выступы оголовка стягивающего штыря, а большим плечом упирается в личинку механизма удерживания, при этом невозможность перемещения личинки вдоль оси стягивающего штыря до срабатывания механизма удержания обеспечивается наличием упоров на поворотном основании, в которые упираются подшипники личинки, а подвижное основание вместе с упорами поворачивается под действием пружин по команде на поворот от системы управления КА, при этом происходит перемещение личинки, освобождение рычагов обоймы, освобождение стягивающего штыря для раскрытия и срабатывание датчика.

Механизм разъединения удерживаемых элементов КА от фиксированного положения на держателе может быть выполнен в виде кольцевой рессоры.

Личинка механизма удерживания может иметь в своем составе ролики, в которые упираются рычаги обоймы, и ролики при перемещении личинки перекатываются между опорными поверхностями рычагов и личинки.

Личинки могут иметь в своем составе пружинные элементы, которые возвращают ролики в исходное положение после срабатывания механизма удерживания стягивающего штыря.

Предохранительный элемент от несанкционированного поворота основания может быть выполнен в виде стержня, проходящего через поворотное основание и корпус держателя, с фиксацией положения стержня на концевом удерживаемом элементе, например, накидной гайкой.

Нажимной элемент, взаимодействующий со штоком датчика в конце хода при перемещении личинки может быть выполнен подпружиненным.

Таким образом, заявленная конструкция держателя позволит повысить надежность срабатывания держателя путем введения дополнительного механизма разъединения удерживаемых элементов от фиксированного положения на держателе после срабатывания механизма удерживания стягивающего штыря. Наличие предохранительного элемента от поворота подвижного основания механизма удержания стягивающего штыря упростит технологию работ с держателем, т.к. предохранит от несанкционированного раскрытия держателя при технологических работах, связанных, например, с соединением тяги держателя с элементами раскрытия на КА. Наличие контактного датчика повышает качество диагностирования состояния механизма удержания стягивающего штыря на орбите после срабатывания.

Наличие рычагов с неравноплечими рычагами, роликов между опорными поверхностями рычагов и личинки, которые позволяют заменить трение скольжения на трение качения при срабатывании личинки, приводит к снижению нагрузок в элементах механизма удержания стягивающего штыря держателя.

При этом личинки могут иметь в своем составе пружинные элементы, которые возвращают и удерживают ролики в исходном положении после срабатывания механизма удерживания стягивающего штыря, что упрощает технологию установки стягивающего штыря при взведении держателя после проверок.

Наличие сферических выступов оголовка стягивающего штыря также упрощает технологию настройки держателя при стягивании удерживаемых элементов.

Изобретение поясняется чертежами, которые не охватывают и тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения:

Фиг.1 - общий вид предлагаемого держателя с удерживаемыми элементами и предохранительного элемента от несанкционированного раскрытия механизма удерживания штыря при технологических работах, выполненного в виде стержня;

Фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;

Фиг.3 - общий вид предлагаемого держателя в сработанном положении стягивающего штыря и механизма удерживания;

Фиг.4 - общий вид пружины механизма разъединения удерживаемых элементов (панели БС) КА;

Фиг.5 - общий вид на личинку с роликами подвижной части механизма удерживания;

Фиг.6 - сечение Б-Б на фиг 5.

Держатель, в соответствии с фиг.1, включает в свой состав корпус 1, стягивающий штырь 2, который с помощью гайки 5 удерживает элементы 4.1-4.n (панели БС) в транспортировочном положении. Гайка 5 установлена в воронке 7, закрепленной во внешнем элементе 4.n (концевая панель). В этой же воронке установлена пружина 6 стягивающего штыря.

Комплект удерживаемых элементов 4.1-4.n устанавливается на опорную поверхность держателя 10. При этом корневая панель 4.1 сжимает пружину 11 механизма разъединения удерживаемых элементов 4.1-4.n КА от фиксированного положения на держателе.

Для удобства работы стержень 9 (фиг.1) предохранительного элемента от несанкционированного раскрытия механизма держателя при технологических работах, проходит от поворотного основания 12 (фиг.2), расположенного в корпусе держателя, через комплект удерживаемых элементов 4.1-4.n и воронку 7 (фиг.1) наружу, где с помощью гайки 8 фиксируется на концевом элементе 4.n от выпадения. Держатель через тягу 3, соединенную с поворотным основанием 12 (фиг.2), соединяется с исполнительным элементом системы управления КА (не показан).

В корпусе 1 (фиг.1) держателя находятся средства управления для блокировки-разблокировки оголовка стягивающего штыря 2 (фиг.2), состоящие из рычагов 14, личинки 17 с роликами 13, пружин 16 и поворотного основания 12, обеспечивающих удержание и отпускание набора удерживаемых элементов 4, связанные с системой управления КА. На поверхности личинки 17 закреплен нажимной элемент 18, который после разблокировки головки стягивающего штыря нажимает на шток датчика 19 (фиг.3). Нажимной элемент 18 имеет в своем составе пружину, что обеспечивает гарантированное усилие на шток датчика при срабатывании.

Порядок подготовки держателя к работе.

До установки панелей БС поз.4.1-4.n (фиг.2) штырь 2 устанавливается в механизм удержания стягивающего штыря держателя, состоящий из неподвижной части - обоймы 26 с неравноплечими рычагами 14 и подвижной части - личинки 17 с роликами 13 и поворотного основания 12, удерживающего личинку.

При этом оголовок штыря поз.2 вводится в обойму поз.26 вдоль ее продольной оси в направлении «Е» до упора. Поворотом рычагов 14 в направлении «Г» до соприкосновения со сферической поверхностью оголовка штыря 2, в этом положении штырь зажимается. Придерживая стягивающий штырь 2 и рычаги 14 и преодолевая усилие пружин 16, личинка 17 за штыри 25 (фиг.1) перемещается в направлении «И» (фиг.2). При этом вторые плечи рычагов 14 упираются в ролики 13 личинки 17, обеспечивая захват рычагами стягивающего штыря 2 за оголовок. Ролики 13 личинки 17 пружинами 24 (фиг.6) удерживаются в нижнем положении паза 27.

Удерживая личинку 17 (фиг.2) в этом положении, поворачивается основание 12 до касания упоров 20 в подшипники поз.28. Это положение основания фиксируется предохраняющим элементом 9 (фиг.1). Далее устанавливается набор удерживаемых элементов 4.1-4.n (панели БС в сложенном положении). Воронка 7 (фиг.1), закрепленная на концевой панели БС является силовым элементом держателя, обеспечивающим связь штыря 2 и концевой панели БС. При установке панелей БС на держатель происходит приведение в сжатое положение пружины 11 (фиг.1), находящейся в стыке между корпусом держателя 1 и корневой панелью. Пружина выполнена в виде кольцевой рессоры, имеющей выступы 23 (фиг.4), обеспечивающие определенную величину деформации пружины и отверстия 22 для крепления пружины к корпусу держателя. Гайкой 5 (фиг.2) обеспечивается закрепление панелей БС в сложенном (транспортировочном) положении.

Порядок срабатывания держателя.

Исходное положение - стержень 9 (фиг.1) снят.

По команде из системы управления КА (не показана) происходит отпускание гибкой тяги 3 (фиг.1). Под действием пружин 29 (фиг.2) происходит поворот основания 12, при этом упоры 20 основания 12 соскальзывают с подшипников 28 личинки 17 и, под действием пружин 16 (фиг.3), личинка 17 отпускается вниз. При этом вторые плечи рычагов 14 прокатываются по роликам 13 личинки 17 в пределах пазов 27 (фиг.6) и освобождаются от ограничения поворота.

Под действием усилия в затяжке гайки 5 и усилий пружин 6 рычаги 14 обоймы 26 проворачиваются и освобождают оголовок штыря 2. Штырь 2 под действием пружин 6 поднимается вверх (фиг.3) до контакта с воронкой 7 и освобождает набор удерживаемых элементов 4.1-4.n (панелей БС) для раскрытия.

Вместе с личинкой 17 происходит перемещение подпружиненного элемента 18, который в конце своего хода нажимает на шток датчика 19, срабатывание которого показывает факт срабатывания держателя.

Механизм разъединения удерживаемых элементов КА от фиксированного положения на держателе, состоящий из пружины в виде кольцевой рессоры 11 (фиг.1) выводит из контакта с корпусом держателя корневую панель БС 4.1 на величину В (фиг.3), равную величине выступов 23 (фиг.4) пружины, тем самым повышая надежность раскрытия панелей БС.

Заявленное устройство прошло полный объем наземной отработки и летные испытания по удержанию панелей солнечных батарей в реальных условиях транспортировки КА на полигон, выведения КА на орбиту, отделения панелей солнечных батарей от корпуса держателя по команде из блока управления КА с последующим раскрытием. Заявленное устройство обеспечивает надежную передачу информации о срабатывании механизма удержания штыря держателя, повышает конструктивное совершенство устройства в связи с наличием предохранительного элемента от несанкционированного раскрытия механизма удержания штыря держателя при технологических работах, уменьшаются контактные напряжения в элементах механизма удержания штыря держателя. Оголовок штыря со сферическими выступами позволяет исключить нагружение штыря моментом сил при компенсации перемещения штыря от технологических погрешностей изготовления панелей БС.

Изобретение относится к средствам временной фиксации различных устройств на космическом аппарате (КА), в частности панелей солнечных батарей. Держатель имеет корпус, из которого выступает стягивающий штырь (2), удерживающий элементы (4.1-4.n). Для блокировки-разблокировки оголовка штыря служат рычаги (14), личинка (17) с роликами (13), пружина (16) и поворотное основание (12). Нажимной элемент (18) после разблокировки штыря нажимает на шток датчика (19) срабатывания держателя. По команде от системы управления КА происходит поворот основания (12). Упоры (20) основания соскальзывают с подшипников (28) личинки (17). Последняя под действием пружин (16) отпускается вниз. Вторые плечи рычагов (14) прокатываются по роликам (13), освобождаются от ограничения поворота, проворачиваются и освобождают оголовок штыря (2). Штырь (2) под действием пружин (6) поднимается вверх и освобождает набор удерживаемых элементов (4.1-4.n). Вместе с личинкой (17) перемещается элемент (18), нажимая на шток датчика (19). Техническим результатом изобретения является повышение надежности и технологичности изделия, а также качества диагностирования состояния КА на орбите. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Держатель, содержащий корпус, стягивающий штырь, проходящий через набор удерживаемых элементов в сложенном положении, связанный первым из его концов с корпусом держателя и связанный вторым концом с внешним удерживаемым элементом для блокировки удерживаемых элементов, а также механизм удержания стягивающего штыря держателя, связанный с системой управления КА и обеспечивающий отпускание набора удерживаемых элементов, отличающийся тем, что держатель содержит контактный датчик, установленный на неподвижной части держателя, и нажимной элемент, установленный на поверхности личинки и взаимодействующий со штоком датчика в конце хода при перемещении личинки, предохранительный элемент от несанкционированного срабатывания механизма удержания стягивающего штыря за счет поворота подвижного основания механизма, а в стык с набором удерживаемых элементов и корпусом держателя введен механизм разъединения удерживаемых элементов от фиксированного положения на держателе после отпускания, состоящий из пружины, при этом стягивающий штырь имеет сферические выступы в зоне контакта с рычагами, а механизм удержания стягивающего штыря включает в себя обойму с неравноплечими рычагами, каждый из которых упирается меньшим плечом в сферические выступы оголовка стягивающего штыря, а бόльшим плечом упирается в ролик, входящий в состав личинки механизма удерживания, при этом невозможность перемещения личинки вдоль оси стягивающего штыря до срабатывания механизма удержания обеспечивается наличием упоров на поворотном основании, в которые упираются подшипники личинки, а подвижное основание вместе с упорами поворачивается под действием пружин по команде на поворот от системы управления КА.

2. Держатель по п. 1, отличающийся тем, что механизм разъединения удерживаемых элементов КА от фиксированного положения на держателе выполнен в виде кольцевой рессоры.

3. Держатель по п. 1, отличающийся тем, что ролики, входящие в состав личинки, при перемещении личинки перекатываются между опорными поверхностями рычага и личинки.

4. Держатель по п. 3, отличающийся тем, что личинка имеет в своем составе пружинные элементы, которые возвращают ролики в исходное положение после срабатывания механизма удерживания стягивающего штыря.

5. Держатель по п. 1, отличающийся тем, что предохранительный элемент от несанкционированного поворота основания выполнен в виде стержня, проходящего через поворотное основание и корпус держателя, с фиксацией положения стержня на концевом удерживаемом элементе, например, накидной гайкой.

6. Держатель по п. 1, отличающийся тем, что нажимной элемент, взаимодействующий со штоком датчика в конце хода при перемещении личинки, выполнен подпружиненным.