ТРАНСФОРМИРУЕМЫЙ ЭКРАН Российский патент 2022 года по МПК F42B39/00 

Изобретение относится к способам создания трансформируемых устройств, компактных при транспортировании и обеспечивающих требуемую конфигурацию и функциональные свойства в рабочем состоянии, например, защитных чехлов или экранов, предназначенных для защиты объектов гражданского и военного назначения, элементов конструкций ракетно-космической техники от вредного воздействия внешних факторов (механических, тепловых, электромагнитных), а также трансформируемых радиотехнических и оптических устройств типа антенн, радиотелескопов и др.

К таким устройствам относятся быстровозводимые защитные сооружения и маскировочные устройства (например, надувные), раздвижные устройства космических аппаратов (например, противометеорные экраны, взрывозащитные локализующие устройства и др.). Особенностью таких устройств является то, что в исходном состоянии защитные элементы должны компактно располагаться вблизи поверхности защищаемого объекта, а в рабочем состоянии должны быть размещены на определенном расстоянии от его поверхности с обеспечением требуемой конфигурации поверхности устройства, что требует введения в его конструкцию соединительных элементов, обеспечивающих его механическую связь с защищаемым объектом, и устройств, обеспечивающих развертывание защитных экранов (Г.Г. Райкунов, В.А. Комаров и др. «Центробежные бескаркасные крупногабаритные космические конструкции», Москва, Физматлит, 2009 г.).

Известен космический трансформируемый модуль (патент RU №2561888, МПК B64G 1/22, 1/52, 1/60, под названием «Космический трансформируемый модуль»), содержащий многослойную трансформируемую гермооболочку, включающую противометеороидную и радиационную защиту, теплоизоляцию и внешний несущий слой, жесткий несущий отсек, элементы зачековки гермооболочки, при этом жесткий несущий отсек выполнен в виде призмы, имеющей в поперечном сечении форму многоугольника, причем в зонах сторон многоугольника уложена гермооболочка в виде двух встречных друг другу петель S-образной формы. При переводе устройства в рабочее положение срабатывают элементы зачековки и гермооболочка под воздействием остаточного давления за счет избыточной длины, образованной петлями S-образной формы, разворачивается на определенном расстоянии вокруг жесткого несущего отсека, обеспечивая его защиту.

Основным недостатком указанного устройства являются ограничения по радиусам сгиба многослойной гермооболочки при образовании петель S-образной формы, что существенно ограничивает размеры жесткого несущего отсека.

В настоящее время в специальной технике используется широкая гамма изделий, предназначенных для локализации взрывов. Важное место среди них занимают контейнеры с эластичной оболочкой, заполненные диспергентом (поглотитель энергии взрыва - жидкость, гель, вспенивающийся состав и др.).

Известен локализатор взрыва (патент RU №2235288, МПК F42B 39/00, 33/00, под названием «Локализатор взрыва с объемногофрированным противоосколочным экраном»), предназначенный для подавления осколочного и фугасного воздействий взрывчатого устройства криминального характера, с объемно-гофрированным противоосколочным экраном. Локализатор содержит одну или более заполненных диспергентом емкостей, ограниченных эластичной оболочкой, противоосколочный экран, закрепленный по наружному радиусу локализатора. Противоосколочный экран выполнен гофрированным со складками, равномерно распределенными по периметру, позволяющий обеспечить достаточную степень деформации оболочки, заданную уровнем эластичности материала, что приводит к повышению защитных противофугасных характеристик локализатора. Недостатком данного устройства является выполнение сложной операции заполнения зазора между эластичной оболочкой и диспергентом с помощью специального устройства, например, насоса с обеспечением определенной степени герметичности эластичной оболочки, что снижает надежность устройства.

Близкими к заявляемому техническому решению являются зонтичные конструкции, широко применяемые в качестве трансформируемых защитных экранов для космических аппаратов (КА) и различного рода антенн, развертываемых из транспортного положения в рабочее состояние, описанные в статье М.В. Гряника и В.И. Ломана под названием «Развертываемые зеркальные антенны зонтичного типа», Москва, «Радио и связь», 1987 г. Основными элементами таких трансформируемых конструкций являются каркас, обеспечивающий требуемую конфигурацию в исходном и конечном состоянии и эластичная оболочка, обеспечивающая требуемые функциональные свойства.

К недостаткам известных устройств следует отнести большие габариты зонтичных конструкций в сложенном состоянии вдоль продольной оси.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является космическая зонтичная антенна, описанная в статье С.В. Русских, Ф.Н. Шклярчука под названием «Расчет формообразования космической зонтичной антенны…», опубликованной в журнале «Космонавтика и ракетостроение», №2(107), 2019 г., с. 95-103. Устройство содержит каркас, состоящий из набора радиальных стержней, ориентированных вдоль продольной оси защищаемого объекта и закрепленных в подвижной ступице, систему фиксаторов, выполненных продольными и поперечными, расположенных в плоскости, перпендикулярной продольной оси защищаемого объекта, и прикрепленных к радиальным стержням узлами связи, эластичную защитную оболочку, прикрепленную к каркасу, и устройство раскрытия экрана.

Недостатками указанного устройства являются сложность и громоздкость устройства раскрытия, а также большие габариты вдоль продольной оси.

Задачей заявляемого изобретения является упрощение конструкции, повышение ее надежности функционирования и уменьшение продольных габаритов устройства в исходном состоянии, а также универсальность использования.

Технический результат заключается в удобстве компоновки механизма раскрытия трансформируемого экрана, а также расположения в исходном состоянии упругих радиальных стержней каркаса по спирали вдоль поверхности защищаемого объекта и прилегании всех элементов экрана к защищаемому объекту, что обуславливает минимальные поперечные и продольные габариты защищаемого объекта, универсальность обеспечена возможностью использования устройства защиты от внешних факторов (механическое, тепловое, электромагнитное), и в качестве взрывозащитного устройства при размещении опасного объекта во внутренней полости трансформируемого экрана.

Это достигается тем, что в трансформируемом экране, содержащий каркас, состоящий из набора радиальных стержней, ориентированных вдоль продольной оси защищаемого объекта и закрепленных в подвижной ступице, систему фиксаторов, выполненных продольными и поперечными, расположенных в плоскости, перпендикулярной продольной оси защищаемого объекта, и прикрепленных к радиальным стержням узлами связи, эластичную защитную оболочку, прикрепленную к каркасу, и устройство раскрытия экрана, согласно изобретению, каркас оборудован неподвижной ступицей, устройство раскрытия трансформируемого экрана снабжено механизмом поворота, соединенным с подвижной ступицей, и выполненным с возможностью его углового перемещения в плоскости, перпендикулярной направлению ориентации радиальных стержней, выполненных упругими, причем упругие радиальные стержни закреплены в неподвижной и подвижной ступицах, расположенных с противоположных от защищаемого объекта сторон с возможностью их углового перемещения, в том числе в плоскости, перпендикулярной направлению ориентации упругих радиальных стержней, при этом подвижная ступица повернута относительно неподвижной, а упругие радиальные стержни, совместно с эластичной защитной оболочкой, выполненной в виде многослойного деформируемого пакета, расположены по спирали вдоль поверхности защищаемого объекта.

Кроме того, с целью упрощения конструкции и снижения габаритно-массовых характеристик устройства раскрытия экрана, механизм поворота ступицы выполнен в виде пружины кручения.

Кроме того, с целью уменьшения напряжений кручения, возникающих в упругих радиальных стержнях, их крепление в ступицах выполнено в виде сферического шарнира.

Кроме того, с целью придания каркасу требуемой формы в продольном сечении, фиксаторы выполнены в виде нитей.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного технического уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень».

Предлагаемое изобретение проиллюстрировано следующими чертежами.

На фиг. 1 представлено продольное сечение трансформируемого экрана в исходном сложенном состоянии.

На фиг. 2 представлено продольное сечение трансформируемого экрана в раскрытом состоянии (объемная структура).

На фиг. 3 представлено продольное сечение трансформируемого экрана в раскрытом состоянии (открытая структура).

На фиг. 4 представлен схематично трансформируемый экран в сложенном и развернутом виде, защитные оболочки не показаны.

На фиг. 5 представлен сферический шарнир.

На чертежах введены следующие обозначения:

1 - упругий радиальный стержень;

2 - защищаемый объект;

3 - ступица неподвижная;

4 - ступица подвижная;

5 - система продольных фиксаторов;

6 - система поперечных фиксаторов;

7 - узлы крепления поперечных фиксаторов к упругим радиальным стержням;

8 - внешняя защитная оболочка;

9 - внутренняя защитная оболочка;

10 - устройство раскрытия экрана;

11 - механизм поворота;

12 - сферический шарнир;

13 - неподвижная ось защищаемого объекта;

14 - подшипники;

15 - крышка неподвижной ступицы.

Трансформируемый экран (см. фиг. 1), содержит каркас из набора упругих радиальных стержней 1, ориентированных вдоль продольной оси защищаемого объекта 2 и закрепленных в неподвижной 3 и подвижной 4 ступицах, расположенных с противоположных от защищаемого объекта 2 сторон, систему продольных 5 и поперечных 6 фиксаторов, прикрепленных к упругим радиальным стержням 1 узлами крепления 7 и выполненных в виде нитей, эластичную защитную оболочку, прикрепленную к каркасу и состоящую из внешней 8 и внутренней 9 защитных оболочек, и устройство раскрытия экрана 10. Устройство раскрытия экрана 10 снабжено механизмом поворота 11, соединенным с подвижной ступицей 4 и выполненным с возможностью его углового перемещения в плоскости, перпендикулярной направлению ориентации упругих радиальных стержней 1, например, с помощью пружины кручения и подшипников 14, причем упругие радиальные стержни 1 закреплены в ступицах неподвижной 3 и подвижной 4 с возможностью их углового перемещения, в том числе, в плоскости, перпендикулярной направлению ориентации упругих радиальных стержней 1, например, с помощью сферических шарниров 12 (см. фиг. 5), при этом подвижная ступица 4 повернута относительно неподвижной ступицы 3, а упругие стержни 1 совместно с защитными оболочками внешней 8 и внутренней 9 уложены по спирали вдоль поверхности защищаемого объекта 2 (см. фиг. 4). Упругие радиальные стержни 1 каркаса располагают по спирали вдоль поверхности защищаемого объекта 2, что обеспечивает размещение упругих радиальных стержней 1 определенной длины в ограниченных продольных габаритах защищаемого объекта 2, а также прилегание всех элементов трансформируемого экрана к защищаемому объекту 2, и обуславливает минимальные поперечные и продольные габариты защищаемого объекта 2. Механизм поворота 11 подвижной ступицы 4, из транспортного положения в рабочее положение проще и компактнее, так как для его реализации необходимы только неподвижная ось вращения и силовой элемент, например, пружина вращения.

В исходном состоянии трансформируемого экрана, напряжения изгиба, возникающие в упругих радиальных стержнях 1, при их расположении по спирали вдоль поверхности защищаемого объекта 2, не являются высокими, так как обеспечивают плавную среднюю линию изгиба с большим радиусом. Что касается напряжений кручения, то они существенно уменьшены за счет применения сферических шарниров 12.

Работает устройство следующим образом. При поступлении команды на раскрытие экрана механизм поворота 11 приводит в движение подвижную ступицу 4, разворачивая ее вокруг неподвижной оси 13 защищаемого объекта 2, при этом не требуется реализация большого вращающего момента, так как определенный момент создают напряженные упругие радиальные стержни 1. В рабочем состоянии, за счет поворота подвижной ступицы 4, упругие радиальные стержни 1 располагаются в плоскости, совпадающей с продольной осью защищаемого объекта 2 (см. фиг. 2), при этом форму каркаса в продольном сечении определяют размерами поперечных фиксаторов 6.

В предлагаемом устройстве может быть реализована объемная структура трансформируемого экрана, когда он полностью охватывает защищаемый объект 2, или открытая - когда трансформируемый экран выполнен в виде незамкнутой поверхности и предохраняет защищаемый объект 2 только в определенном направлении. Для реализации второй схемы в момент раскрытия трансформируемого экрана необходимо устранить связь упругих радиальных стержней 1 с неподвижной ступицей 3 путем открытия крышки неподвижной ступицы 15 (см. фиг. 3).

В случае использования трансформируемого экрана в качестве локализатора взрыва, диспергент, поглощающий энергию взрыва, может быть выполнен в виде пакета оболочек, соединенных между собой в заданных точках и прикрепленных к каркасу. При переводе трансформируемого экрана в рабочее состояние пакет оболочек раскрывается в виде гармошки, при этом отсутствует необходимость использования сложных устройств, обеспечивающих размещение диспергента в зазоре между защищаемым объектом 2 и внешней поверхностью трансформируемого экрана, причем не требуется обеспечение герметичности его эластичной оболочки.

Все указанное существенно упрощает конструкцию и повышает ее надежность.

Заявляемый трансформируемый экран может выполнять как функцию устройства защиты от внешних факторов (механическое, тепловое, электромагнитное), так и использоваться в качестве взрывозащитного устройства при размещении опасного объекта во внутренней полости трансформируемого экрана.

Заявляемое устройство обеспечивает существенное снижение уровня воздействий внешних факторов на установленный в трансформируемый экран защищаемый объект 2 при одновременном снижении габаритных характеристик в исходном состоянии и реализации требуемой конфигурации в рабочем состоянии. При этом обеспечены такие важнейшие параметры, как универсальность использования и надежность функционирования.

Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных конструктивных решений, а именно получен трансформируемый экран с улучшенными характеристиками.

На предприятии проведена проектно-конструкторская проработка опытного образца трансформируемого экрана, который будет иметь практическую реализацию в системе, предназначенной для обеспечения сохранности объекта от воздействия внешних факторов.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Изобретение относится к трансформируемым устройствам, компактным при транспортировании и обеспечивающим требуемую конфигурацию и функциональные свойства в рабочем состоянии. Трансформируемый экран содержит каркас из набора упругих радиальных стержней (1), ориентированных вдоль продольной оси защищаемого объекта (2) и закрепленных в неподвижной (3) и подвижной (4) ступицах, расположенных с противоположных от защищаемого объекта (2) сторон, систему продольных (5) и поперечных (6) фиксаторов, прикрепленных к упругим радиальным стержням (1) узлами крепления (7), эластичную защитную оболочку, прикрепленную к каркасу и состоящую из внешней (8) и внутренней (9) защитных оболочек, и устройство раскрытия экрана (10). Устройство раскрытия экрана (10) снабжено механизмом поворота (11), соединенным с подвижной ступицей (4) и выполненным с возможностью его углового перемещения в плоскости, перпендикулярной направлению ориентации упругих стержней (1), например, с помощью пружины кручения. Упругие стержни (1) закреплены в ступицах неподвижной (3) и подвижной (4) с возможностью их углового перемещения, в том числе в плоскости, перпендикулярной направлению ориентации упругих стержней (1), например, с помощью сферических шарниров (12). Подвижная ступица (4) повернута относительно неподвижной ступицы (3). Упругие радиальные стержни (1) совместно с защитными оболочками (8) и (9) уложены по спирали вдоль поверхности защищаемого объекта (2). Обеспечивается упрощение конструкции, повышение ее надежности функционирования и уменьшение продольных габаритов устройства в исходном состоянии, а также универсальность использования за счет удобной компоновки механизма раскрытия трансформируемого экрана, которая предполагает расположение в исходном состоянии упругих радиальных стержней каркаса по спирали вдоль поверхности защищаемого объекта, и прилегания всех элементов экрана к защищаемому объекту. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Трансформируемый экран, содержащий каркас, состоящий из набора радиальных стержней, ориентированных вдоль продольной оси защищаемого объекта и закрепленных в подвижной ступице, систему фиксаторов, выполненных продольными и поперечными, расположенных в плоскости, перпендикулярной продольной оси защищаемого объекта, и прикрепленных к радиальным стержням узлами связи, эластичную защитную оболочку, прикрепленную к каркасу, и устройство раскрытия экрана, отличающийся тем, что каркас оборудован неподвижной ступицей, устройство раскрытия трансформируемого экрана снабжено механизмом поворота, соединенным с подвижной ступицей и выполненным с возможностью его углового перемещения в плоскости, перпендикулярной направлению ориентации радиальных стержней, выполненных упругими, причем упругие радиальные стержни закреплены в неподвижной и подвижной ступицах, расположенных с противоположных от защищаемого объекта сторон с возможностью их углового перемещения, в том числе в плоскости, перпендикулярной направлению ориентации упругих радиальных стержней, при этом подвижная ступица повернута относительно неподвижной, а упругие радиальные стержни, совместно с эластичной защитной оболочкой, выполненной в виде многослойного деформируемого пакета, расположены по спирали вдоль поверхности защищаемого объекта.

2. Трансформируемый экран по п. 1, отличающийся тем, что механизм поворота выполнен в виде пружины кручения.

3. Трансформируемый экран по п. 1, отличающийся тем, что крепление упругих радиальных стержней в ступицах выполнено в виде сферического шарнира.

4. Трансформируемый экран по п. 1, отличающийся тем, что фиксаторы выполнены в виде нитей.