СИСТЕМА РАЗДЕЛЕНИЯ Российский патент 2016 года по МПК B64G1/64 

Изобретение относится к системам сброса или отделения объектов, преимущественно космических аппаратов (КА) и других полезных нагрузок (ПН) от несущих конструкций (адаптеров или приборных отсеков) ракет-носителей при их выводе на расчетную орбиту и может быть использовано в области ракетно-космической техники.

Известны системы разделения частей космического аппарата (патент RU 2268208 С2, RU 2293694 С1), содержащие разъединяемое удерживающее устройство, установленное между несущей конструкцией и полезной нагрузкой и включающее в себя дискретно расположенные на несущей конструкции механические замки, устройство фиксации замков, содержащее многолучевую фиксирующую звездочку, закрепленную в центре конструкции окружности установки замков и удерживаемую от поворота пиросредством. При этом система содержит толкатели отделения ПН от несущей конструкции

Недостатком этих систем разделения (CP) является расположение устройства фиксации замков, выполненного в виде многолучевой звездочки, в центре окружности конструкции установки замков, что не позволяет данную систему разделения использовать для крепления и отделения ПН, у которых на нижней части корпуса размещено оборудование, например антенна, датчик (или другая аппаратура), что является существенным ограничением для использования данной СР.

В результате анализа патентной и научно-технической литературы в качестве прототипа заявленной системе разделения принята система разделения ступеней ракеты, содержащая бандаж из двух полос, концы которых стянуты двумя диаметрально расположенными соединительными узлами, каждый из которых включает соединительные элементы и пироузел (RU 2161111 С1), а силовые узлы соединены с лентами и односторонне охватывают шпангоуты разделяемых конструкций.

Недостатками этой системы разделения является то, что силовые узлы односторонне охватывают шпангоуты разделяемых конструкций и вектор стягивающей нагрузки проходит мимо нейтральных осей этих шпангоутов. В результате для установки CP шпангоуты выполняются излишне массивными, а для заделки в углепластиковую изогридную оболочку еще и относительно большой высоты. Все это приводит к существенной массе шпангоутов разделяемых конструкций. Применяемый бандаж не позволяет использовать CP в большом температурном диапазоне вследствие разных коэффициентов термического расширения шпангоутов разделяемых конструкций и стягивающей ленты. Для обеспечения прочности лента бандажа выполняется из высокопрочной стали, а шпангоуты из легких сплавов. При изменении температуры конструкции от условий, при которых происходит сборка, удлинение стягивающей ленты отличается от удлинения шпангоутов. В результате при изменении температуры в одну сторону, происходит ослабление натяжения стягивающей ленты и падение усилия затяжки стыка шпангоутов разделяемых конструкций, в другую - происходит увеличение натяжения ленты и уменьшение ее запаса прочности.

Чаще всего конструкция, к которой крепится отделяемая полезная нагрузка, имеет размеры, определяемые общим построением компоновочной схемы. CP прототипа рассчитана на максимальные нагрузки для заданного диаметра шпангоутов разделяемых конструкций и изменение ее массовых характеристик невозможно без изменения характеристик силовых узлов.

Также применяемый бандаж не позволяет использовать CP уменьшать количество силовых узлов (башмаков), т.к. при натяжении лента должна равномерно опираться на эти силовые элементы.

Пироузлы указанных CP крепятся жестко либо на конструкции, либо на силовых узлах. При срабатывании пироузлов ударный импульс распространяется по конструкции. Это ограничивает возможности компоновки и монтажа приборов, чувствительных к удару.

Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных возможностей применения СР.

Поставленная задача решена тем, что в CP силовые узлы, выполненные в виде двух силовых элементов, охватывают шпангоуты разделяемых конструкций так, что вектор стягивающей нагрузки проходит через нейтральнее оси этих шпангоутов, в шпангоутах отсутствуют отверстия, ослабляющие эти шпангоуты, бандаж удерживающий от срабатывания силовые узлы, выполнен из витого каната, а концы каната закреплены в пироузлах, которые установлены без жесткого крепления к конструкции. При этом бандаж не имеет жесткого крепления к силовым узлам (Фиг. 5)

Изобретение поясняется чертежами:

- на фиг. 1 представлена система разделения в положении удержания;

- на фиг. 2 изображены элементы системы разделения сверху;

- на фиг. 3 - расположение силового узла в естественном окне изогридной конструкции;

- на фиг. 4 - силовой узел;

- на фиг. 5 - пироузел.

CP (фиг. 2) содержит силовые узлы 3, установленные по окружности в естественные окна 7 (фиг. 3) изогридных разделяемых конструкций. Силовой узел 3 в форме замкнутой скобы выполнен из двух силовых элементов 8, 9 (фиг. 4), расположенных по разные стороны шпангоутов разделяемых конструкций в сечении. Силовые узлы 3 стянуты бандажом 4 (фиг. 2), который закреплен двумя диаметрально расположенными пироузлами 5 (фиг. 2). Бандаж 4 представляет собой канат, выполненный из свитых между собой проволок. Натяжение бандажа производится стяжными элементами.

CP работает следующим образом.

После выведения полезной нагрузки 1 (фиг. 1) на расчетную орбиту подается электрический сигнал на срабатывание пироузлов 5 (фиг. 2). Бандаж 4 размыкается, увеличивая диаметр и освобождая исполнительные элементы силовых узлов. В результате этого происходит срабатывание силовых узлов 3 и освобождение стягиваемых шпангоутов 10, 11 (фиг. 4) разделяемых изогридных конструкций. Под действием толкателей 6 (фиг. 2) полезная нагрузка отделяется от несущей конструкции.

Технический результат изобретения состоит в том, что:

- вектор нагрузки Р (фиг. 4) в силовых узлах проходит через нейтральные оси шпангоутов изогридных разделяемых конструкций 12 (фиг. 4), что является оптимальным для жесткости и прочности шпангоутов вследствие исключения их кручения, а в шпангоутах для установки силовых узлов не требуются отверстия;

- увеличен температурный диапазон применения СР. При изменении температуры конструкции от условий, при которых происходит сборка, удлинение бандажа отличается от удлинения шпангоутов. В результате при изменении температуры происходит либо ослабление натяжения бандажа, либо увеличение его натяжения. Канат, выполненный из свитых между собой проволок, в сравнении с лентой одинаковых материалов и одинаковых сечений при натяжении одинаковой силой имеет большее удлинение, а изменение длины бандажа от одинаковых температур одинаково для каната и ленты. В результате изменение длины бандажа от температурных деформаций приводит в канате к меньшим изменениям силы в сравнении с лентой;

- обеспечена возможность установки минимально необходимого количества одинаковых силовых узлов для разных нагрузок в стыке разделения одного типоразмера. Т.е. количество силовых узлов при уменьшении расчетной нагрузки в стыке разделения уменьшается пропорционально нагрузке, при этом используются естественные окна изогридных разделяемых конструкций и не требуется специальный фланец на шпангоуте для крепления башмаков;

- снижение ударных нагрузок при срабатывании пироустройств обеспечено тем, что пироузлы расположены диаметрально противоположно. При этом бандаж и силовые узлы не имеют жесткой связи с элементами конструкции;

- уменьшение разновременности срабатывания силовых узлов, что позволяет уменьшить угловые возмущения, сообщаемые отделяемой полезной нагрузке.

Таким образом, предлагаемая CP позволяет улучшить эксплуатационные возможности применения:

- увеличивается масса ПН за счет уменьшения суммарной массы CP и шпангоутов разделяемых изогридных конструкций, а также за счет уменьшения средств теплозащиты;

- увеличивается температурный диапазон применения CP;

- уменьшается ударный импульс на конструкцию при срабатывании пиросредств.

Изобретение относится к космонавтике и может быть использовано для разделения силовых конструкций космических аппаратов. Система разделения (СР) содержит силовые узлы в виде двух силовых элементов, охватывающих шпангоуты разделяемых конструкций с обеспечением направления вектора нагрузки через нейтральные оси шпангоутов разделяемых конструкций, бандаж в виде каната из свитых между собой проволок, пироузлы, толкатели отделения. Изобретение позволяет увеличить массу полезной нагрузки, температурный диапазон применения СР, уменьшить ударный импульс на конструкцию от пиросредств. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Система разделения, содержащая силовые узлы, бандаж, пироузлы, толкатели отделения, отличающаяся тем, что силовые узлы выполнены в виде двух силовых элементов, охватывающих шпангоуты разделяемых конструкций с обеспечением направления вектора нагрузки через нейтральные оси шпангоутов разделяемых конструкций.

2. Система разделения по п. 1, отличающаяся тем, что бандаж представляет собой канат, выполненный из свитых между собой проволок.

3. Система разделения по п. 1, отличающаяся тем, что количество силовых узлов для одинаковой конфигурации шпангоутов разделяемых конструкций меняется в зависимости от нагрузки и силовой структуры конструкции.

4. Система разделения по п. 1, отличающаяся тем, что пироузлы установлены в бандаже диаметрально противоположно без жесткого крепления к конструкции, а бандаж не имеет жесткой связи с силовыми узлами.