СПОСОБ МОНТАЖА КСЕНОНОВОГО БАКА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ С ВАНТОВОЙ СИСТЕМОЙ КРЕПЛЕНИЯ Российский патент 2023 года по МПК B64G1/22 

Настоящее изобретение относится к технологии монтажа элементов космических аппаратов, главным образом ксенонового бака высокого давления с вантовой системой крепления.

Ксеноновый бак высокого давления (КБВД) в составе космического аппарата (КА) обеспечивает требуемый объем рабочего тела - газа ксенона (до 500 л) для реализации самостоятельного довыведения КА с промежуточной орбиты на орбиту функционирования при помощи собственной электрореактивной двигательной установки.

Близкими по техническим признакам аналогами являются КБВД с вантовой системой крепления, представленные в описании к следующим патентам РФ:

- №2554699 «Металлопластиковый баллон высокого давления», содержащий металлический лейнер, имеющий нижнее и верхнее днища, внешнюю упрочняющую армирующую оболочку из ленточного композиционного материала, пропитанного связующим. Лейнер выполнен в виде эллипсоида, образованного соединением двух днищ между собой, при этом стенки лейнера выполнены одинаковой толщины; внешняя упрочняющая армирующая оболочка выполнена по всей наружной поверхности лейнера с элементами крепления конструкции металлопластикового баллона, которые выполнены одной и той же лентой в процессе намотки армирующей оболочки лейнера, при этом ленты, образуя петли, равномерно размещенные снаружи по периметру соединения днищ, скрепляются попарно при помощи пластин в одной точке с равномерным натяжением при креплении баллона, при этом все пластины находятся на равноудаленном от баллона расстоянии и выполнены с отверстием для возможности крепления конструкции баллона резьбовым соединением;

- №2631202 «Металлопластиковый баллон высокого давления», содержащий металлический лейнер, выполненный из верхнего и нижнего выпуклых днищ одинаковой толщины, герметично соединенных по периметру их краев; внешнюю упрочняющую армирующую оболочку, выполненную по всей наружной поверхности лейнера с элементами крепления баллона к космическому аппарату, выполненными одной и той же лентой в процессе намотки армирующей оболочки, при этом ленты образуют петли, равномерно размещенные снаружи по периметру соединения краев днищ, соседние петли попарно скреплены при помощи пластин в одной точке, при этом все пластины находятся на равноудаленном от баллона расстоянии и каждая из них выполнена с отверстием под резьбовое соединение с применением болта, гайки и шайб. Каждая шайба выполнена с кольцевой выпуклой сферической поверхностью в месте контакта ее с отверстием пластины и в месте крепления баллона на КА, которое выполнено в форме втулки с внутренней поверхностью в виде усеченного конуса, меньший диаметр которого больше диаметра болта и имеет ответную сопряженную поверхность под сферическую поверхность шайбы, а основание конуса направлено в сторону соединения с пластиной, отверстие которой выполнено с ответной сопряженной поверхностью под сферическую поверхность второй шайбы.

Упомянутые в вышеприведенных патентах «элементы крепления конструкции металлопластикового баллона, которые выполнены одной и той же лентой в процессе намотки армирующей оболочки лейнера, в виде петель, равномерно размещенных снаружи по периметру, скрепленных попарно при помощи пластин в одной точке с равномерным натяжением при креплении баллона, пластины находятся на равноудаленном от баллона расстоянии и выполнены с отверстием для возможности крепления конструкции баллона резьбовым соединением» далее по тексту будем называть вантовой системой, а ленту - вантой.

Вантовая система - преднапряженная система, состоящая из переплетенных друг относительно друга и жестко связанных между собой вант.

Ванта - гибкий несущий элемент, работающий на растяжение.

Известны также узлы крепления для монтажа КБВД с вантовой системой крепления, представленные в описании к следующим патентам РФ:

- № 2625211 «Регулируемый узел крепления конструкций с интерфейсом на стропах», содержит внутреннюю первую часть узла - площадку композитную со стропами, закреплённую с помощью болта между накладкой и кронштейном, соединенным с внешней второй частью узла посредством двух комплектов крепежных элементов, которые состоят из гаек, шайб сферических, а также соединяющих элементов, отличающийся тем, что внешняя вторая часть узла состоит из переходных элементов - распорок с ответными частями, с установленной на них и закрепленной при помощи болтов накладкой опорной, между распорками и накладкой опорной установлены прокладки шайбового типа; комплекты крепежных элементов дополнительно содержат втулки внешние, втулки внутренние, а в качестве соединяющих элементов используются шпильки;

- № 2691552 «Узел регулировки натяжения строп», состоит из двух частей - внутренней и внешней, соединенных между собой при помощи комплекта крепежных элементов, в состав которого входят шпилька, шайба и гайка, при этом внутренняя часть узла состоит из площадки со стропами, закрепленной между накладкой внутренней и накладкой внешней посредством скобы с проушиной, шайб и гаек, а внешняя часть узла устанавливается на силовую конструкцию корпуса и состоит из накладки опорной и накладок ответных, соединенных между собой винтами;

- № 2605666 «Регулировочно-соединительное устройство», содержащее комплект крепежных элементов для шарнирного соединения, представленный в виде сферических шайб, гайки, отличающееся тем, что оно содержит шпангоут, на посадочные поверхности которого установлены узлы регулировки, состоящие из пары накладок со сферическими ответными поверхностями, одна из накладок имеет отходящие от нее четыре ванты и три дополнительных комплекта крепежных элементов, образующих шарнирное соединение;

- № 2689892 «Универсальный интерфейс для монтажа оборудования с вантовой системой крепления», содержащий шпангоут, на посадочные поверхности которого установлены узлы регулировки, шпангоут имеет универсальный набор отверстий, для закрепления его на силовую конструкцию корпуса разной конфигурации, и посадочные поверхности с двух сторон, на которые посредством крепежных элементов установлены узлы регулировки натяжения с наружной стороны и узлы фиксации с внутренней стороны, причем между узлами регулировки натяжения и фиксации закреплена накладка с вантами; узел регулировки натяжения - технологический (съемный), состоит из опорной балки с крепежными элементами, сферической шайбы, шпильки, гайки, накладки с крепежными элементами, а узел фиксации - стационарный, состоит из накладки с крепежными элементами, втулки, сферической шайбы и болта;

- № 2712709 «Узел натяжения вант», содержит площадку с вантами, закрепленную между накладкой и первым кронштейном, а также второй и третий кронштейны для установки с внутренней и внешней сторон силовой конструкции корпуса, форма которых выбрана из условия исключения их перемещения относительно силовой конструкции корпуса, первый кронштейн соединен с третьим кронштейном посредством механизма регулировки натяжения состоящего из двух осей, шарнира, тяги, шпильки, шайбы и гайки.

Общим недостатком указанных выше технических решений является необходимость измерения фактических значений усилий натяжения в вантах непосредственно в процессе натяжения. Однако, в виду особенностей сетчатых силовых конструкций корпуса (СКК) КА, велика вероятность отсутствия доступа прибора для измерения усилий натяжения к вантам. В таком случае невозможно обеспечить требуемое усилие в вантах.

Исходя из наиболее близкой совокупности существенных признаков, в качестве прототипа выбран способ установки металлопластикового баллона, представленный в описании патента РФ 2554699 «Металлопластиковый баллон высокого давления», согласно которому обеспечивается равномерное натяжение лент элементов крепления конструкции по всему периметру соединения днищ лейнера. Недостатком ближайшего аналога является отсутствие описания последовательности действий и устройств необходимых для обеспечения равномерного натяжения лент (вант).

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является создание способа монтажа КБВД с вантовой системой крепления на СКК КА, позволяющего обеспечить надежность монтажа, за счет гарантированного обеспечения требуемого усилия натяжения в каждой ванте с заданным допуском, без проведения измерений усилий натяжения.

Поставленная задача решается тем, что способ монтажа КБВД с вантовой системой крепления содержащего металлический лейнер, внешнюю упрочняющую армирующую оболочку, выполненную по всей наружной поверхности лейнера с элементами крепления, которые выполнены одной и той же лентой в процессе намотки армирующей оболочки лейнера и скреплены попарно при помощи пластин с отверстием для крепления бака резьбовым соединением. Первоначально на пластины вантовой системы устанавливаются накладки узлов крепления, а регулировочные механизмы узлов крепления собираются отдельно, после чего КБВД подвешивается и устанавливается в СКК КА, в размер К1, в четыре взаимно перпендикулярные узла крепления устанавливаются предварительно собранные регулировочные механизмы узлов крепления, по которым проводится центровка КБВД в СКК КА путем создания в противоположных узлах одинакового расстояния К2 от края регулировочного механизма узла крепления до посадочной плоскости на накладке СКК КА, после чего в каждый узел крепления закладывается индивидуальный набор шайб, толщина каждого набора шайб определяется по фактически измеренным значениям К2 в узле и зависит от величины зазора К3, необходимого для перемещения регулировочного механизма, обеспечивающего заданное натяжение вант, для создания натяжения в указанных узлах на регулировочные механизмы из состава узла крепления устанавливаются шайбы и гайки, гайки сначала затягиваются от руки до упора, а затем попеременно на каждом узле гайки затягиваются в четверть оборота моментным ключом до достижения требуемого момента затяжки, вышеуказанные операции повторяются для остальных групп взаимно перпендикулярных узлов.

Заявленный способ монтажа ксенонового бака высокого давления с вантовой системой крепления обеспечивает требуемое усилие натяжения в каждой ванте, с заданным допуском, за счет гарантированного зазора величиной К3 на которое переместиться каждый регулировочный механизм. Величина зазора К3, необходимого для перемещения регулировочного механизма, обеспечивающего заданное натяжение вант, определяется расчетом или экспериментом в технологическом (транспортировочном) кольце, обеспечивающим доступ для проведения измерений усилий натяжения вант. При затяжке гаек указанный зазор выбирается, обеспечивая дополнительную надежность монтажа, за счет дополнительной устойчивости узла к динамическим нагрузкам.

Сущность изобретения поясняется фигурами чертежей, где представлены:

- фиг. 1 - общий вид КБВД в СКК КА;

- фиг. 2 - вид сверху КБВД в СКК КА;

- фиг. 3 - узел крепления в разрезе (при использовании узла представленного в патенте РФ №2625211);

- фиг. 4 - узел крепления в разрезе (при использовании узла представленного в патенте РФ №2712709).

Заявляемый способ монтажа применим:

- для КБВД с любым количеством пластин на вантовой системе. В данном случае при описании использован КБВД вантовая система которого имеет 24 пластины;

- при монтаже на любую СКК КА серии «Экспресс-1000»;

- при использовании любого из разработанных ранее и упомянутых выше узлов крепления. В данном случае при описании использованы узлы крепления, представленный в патенте РФ №2625211 (фиг. 3) и в патенте РФ №2712709 (фиг. 4).

Перед монтажом КБВД с вантовой системой в СКК КА должны быть выполнены следующие подготовительные операции (на фиг. не показаны):

- монтаж на пластины вантовой системы накладок выбранного узла крепления;

- сборка регулировочных механизмов выбранного узла крепления.

Монтаж КБВД с вантовой системой крепления в СКК КА проводится в следующей последовательности:

- КБВД 1 с вантовой системой крепления 2 в подвешенном состоянии устанавливается в СКК КА 3 в размер К1;

- проводится центровка КБВД 1 относительно оси вращения 4 СКК КА 3, для чего в четыре взаимно перпендикулярных узла 5 (например Н1, Н13, Н7, Н19) устанавливаются предварительно собранные регулировочные механизмы 6, в противоположных узлах обеспечивается одинаковое расстояние К2 от края регулировочного механизма 6 до посадочной плоскости накладки 7 на СКК КА 3;

- в каждый узел крепления закладывается индивидуальный набор шайб 8, толщина которого определяется по фактически измеренным значениям К2 и зависит от величины зазора К3, необходимого для перемещения регулировочного механизма 6, обеспечивающего заданное усилие натяжение вант;

- для создания натяжения в указанных узлах на регулировочные механизмы из состава узлов крепления устанавливаются шайбы 9 и гайки 10 которые закручиваются от руки до упора. Затем попеременно на каждом узле гайки 10 затягиваются в четверть оборота до достижения требуемого момента затяжки;

- все вышеуказанные операции повторяются для остальных групп взаимно перпендикулярных узлов 5 (например Н4, Н16, Н10, Н22; Н3, Н15, Н9, Н21; Н5, Н17, Н11, Н23; Н2, Н14, Н6, Н18; Н12, Н24, Н8, Н20).

Техническим результатом настоящего изобретения, является повышение надежности монтажа КБВД с вантовой системой крепления на СКК КА, за счет гарантированного обеспечения требуемого усилия натяжения в каждой ванте с заданным допуском, без проведения измерений усилий натяжения.

Изобретение относится к технологии монтажа элементов космических аппаратов (КА), главным образом ксенонового бака высокого давления (КБВД) с вантовой системой крепления. При монтаже указанного КБВД, содержащего металлический лейнер, вначале на пластины вантовой системы устанавливают накладки узлов крепления и подвешивают КБВД в силовую конструкцию корпуса (СКК) КА. Регулировочные механизмы узлов собирают отдельно и после этого по ним проводится центровка КБВД в СКК. В каждый узел крепления закладывается индивидуальный набор шайб, толщина которого обеспечивает заданное натяжение вант. Натяжение создают устанавливаемыми на регулировочные механизмы шайбами и гайками из набора узлов, которые затягивают по определенной схеме вручную и моментным ключом. Техническим результатом является повышение надежности монтажа КБВД с вантовой системой крепления на СКК КА за счет гарантированного обеспечения требуемого натяжения вант с заданным допуском, без проведения измерений усилий натяжения. 4 ил.

Способ монтажа ксенонового бака высокого давления (КБВД) с вантовой системой крепления, содержащего металлический лейнер, внешнюю упрочняющую армирующую оболочку, выполненную по всей наружной поверхности лейнера с элементами крепления, которые выполняют одной и той же лентой в процессе намотки армирующей оболочки лейнера и скрепляют попарно при помощи пластин с отверстием для крепления бака резьбовым соединением, отличающийся тем, что первоначально на пластины вантовой системы устанавливают накладки узлов крепления, а регулировочные механизмы узлов крепления собирают отдельно, после чего КБВД подвешивают и устанавливают в силовую конструкцию корпуса (СКК) космического аппарата (КА) в размер К1 по оси вращения СКК, в четыре взаимно перпендикулярные узла крепления устанавливают предварительно собранные регулировочные механизмы узлов крепления, по которым проводят центровку КБВД в СКК КА путем создания в противоположных узлах одинакового расстояния К2 от края регулировочного механизма узла крепления до посадочной плоскости на накладке СКК КА, после чего в каждый узел крепления закладывают индивидуальный набор шайб, причем толщину каждого набора шайб определяют по фактически измеренным значениям К2 в узле в зависимости от величины зазора К3, необходимого для перемещения регулировочного механизма, обеспечивающего заданное натяжение вант, а для создания натяжения в указанных узлах на регулировочные механизмы из состава узла крепления устанавливают шайбы и гайки, причем гайки сначала затягивают от руки до упора, а затем попеременно на каждом узле гайки затягивают в четверть оборота моментным ключом до достижения требуемого момента затяжки, при этом вышеуказанные операции повторяют для остальных групп взаимно перпендикулярных узлов.