Разделяемый отсек летательного аппарата Российский патент 2024 года по МПК B64G1/64 

Изобретение относится к области авиационной и ракетно-космической техники и может быть использовано при проектировании различных разделяющихся отсеков и систем.

В авиационной и ракетно-космической технике известны разделяемые отсеки летательного аппарата, содержащие отсек со шпангоутами с точками крепления, оболочку, скрепленную со шпангоутами, внутренний кольцевой элемент с проточкой, детонирующий удлиненный заряд (ДУЗ) с кумулятивной выемкой, установленный в проточке и направленный кумулятивной выемкой в сторону наименьшей кольцевой толщины шпангоута, электродетонаторы для инициирования ДУЗ, - см. патент №2073187, Фиг. 8, Фиг. 9, опубликованный 10.02.1997 г.

В авиационной и ракетно-космической технике известны разделяемые отсеки летательного аппарата, содержащие обечайку, скрепленную кольцевыми шпангоутами, с внутренней и внешней кольцевой проточкой, образующей зону наименьшей кольцевой толщины длиной L, в которой сопрягаются внутренний кольцевой элемент с электродетонаторами, кольцевая полка и ДУ3-см. патент №2777865, опубликованный 11.08.2022 г. Принято за прототип.

К недостаткам указанных конструкций следует отнести то, что оси точек крепления шпангоутов отсека проходят с эксцентриситетом по отношению к зоне наименьшей кольцевой толщины шпангоута, в которой установлен ДУЗ. Тем самым создается момент силы, действующей по осям точек закрепления, что приводит к увеличению наименьшей кольцевой толщины шпангоута и к увеличению как веса отсека, так и мощности детонирующего удлиненного заряда.

Задачей данного изобретения является создание разделяемого отсека летательного аппарата, обеспечивающего улучшение эксплуатационных характеристик путем снижения напряжений, действующих в зоне наименьшей толщины шпангоута отсека, за счет передачи усилий от точек закрепления через отсек без момента и, тем самым, снижения веса отсека и увеличения выдерживаемой отсеком нагрузки как при растяжении, так и при сжатии, а также снижения мощности детонирующего удлиненного заряда.

Эта задача решается таким образом. Разделяемый отсек летательного аппарата, содержащий обечайку, скрепленную с кольцевыми шпангоутами, с внутренней и внешней кольцевой проточкой, образующей зону наименьшей кольцевой толщины длиной L, в которой сопрягаются внутренний кольцевой элемент с электродетонаторами, кольцевая полка и ДУЗ, выполнен таким образом, что номинальные диаметры расположения осей крепежных отверстий шпангоутов, середины наименьшей кольцевой толщины шпангоута и средней линии толщины обечайки совпадают, на шпангоуте симметрично относительно длины зоны наименьшей кольцевой толщины и относительно ДУЗ выполнено два внешних кольцевых выступа, расстояние между которыми L₁ определяется исходя из условия устойчивости опертых оболочек к осевым нагрузкам, а кольцевая полка и внутренний кольцевой элемент выполнены разборными в виде нескольких кольцевых сегментов, закрепленных каждый на своем кольцевом выступе. Расстояние между внешними кольцевыми выступами L₁ определяется соотношением где L - длина зоны наименьшей кольцевой толщины; D - диаметр средней линии толщины обечайки; Е - модуль упругости материала обечайки; δ - наименьшая кольцевая толщина шпангоута; Т - максимальная эквивалентная осевая сжимающая сила, действующая на отсек.

Проточка под ДУЗ выполнена на внутреннем кольцевом элементе, а оси электродетонаторов проходят через середину ДУ3-а и середину длины L и L₁.

Изобретение поясняется фигурами чертежей. На фиг. 1 показано продольное сечение разделяемого отсека. На фиг. 2 показан вид А. На фиг. 3 показано сечение Б-Б.

Разделяемый отсек летательного аппарата содержит (см. фиг. 1) обечайку 1, скрепленную сваркой с кольцевыми шпангоутами 2, с внутренней и внешней кольцевой проточкой 3 (см. фиг. 2), образующей зону наименьшей кольцевой толщины 4 длиной L, в которой сопрягаются внутренний кольцевой элемент 5 с электродетонаторами 6 (см. фиг. 3), кольцевая полка 7 и ДУЗ 8. Номинальные диаметры D расположения осей крепежных отверстий 9 шпангоутов, середины наименьшей кольцевой толщины шпангоута 5 и средней линии толщины обечайки совпадают. На шпангоуте симметрично относительно длины L и относительно ДУЗ 8 выполнены два внешних кольцевых выступа 10, расстояние между которыми L₁ определяется исходя из условия устойчивости опертых оболочек к осевым нагрузкам и находится в диапазоне: где L - длина зоны наименьшей кольцевой толщины; D - диаметр средней линии толщины обечайки; Е - модуль упругости материала обечайки; δ - наименьшая кольцевая толщина шпангоута; Т - максимальная эквивалентная осевая сжимающая сила, действующая на отсек. Кольцевая полка 7 и внутренний кольцевой элемент 5 выполнены разборными в виде нескольких кольцевых сегментов, закрепленных каждый на своем кольцевом выступе 10. Кольцевые сегменты получены путем разрезания точеного кольца на несколько частей. Проточка под ДУЗ 11 выполнена на внутреннем кольцевом элементе 5, а оси электродетонаторов 6 проходят через середину ДУ3-а и середины длин L и L₁. Кумулятивная выемка ДУ3-а (см. фиг. 3) направлена в сторону наименьшей кольцевой толщины шпангоута 4, а сам ДУЗ выполнен как единый кольцевой элемент, который вкладывается в проточку под ДУЗ 11, выполненную на внутреннем кольцевом элементе в зоне наименьшей кольцевой толщины длиной L.

Такая конструкция обеспечивает удобный доступ к монтажу ДУЗ, что упрощает сборку, тем самым снижает ее трудоемкость.

Разделяемый отсек работает следующим образом. В полете на отсек действуют как сжимающие, так и растягивающие нагрузки. Номинальные диаметры D расположения осей крепежных отверстий шпангоутов отсека, середины наименьшей кольцевой толщины шпангоута 8 и средней линии толщины обечайки совпадают, тем самым исключается возникновение изгибных напряжений в зоне наименьшей кольцевой толщины 5 шпангоута 2 и в зоне обечайки 1, и эту толщину можно выполнить минимальной с точки зрения действующих нагрузок. Чем точнее выполнена совместная обработка шпангоутов в зоне наименьшей кольцевой толщины и обечайки, тем точнее возможно выполнить совпадение диаметров D. Уменьшение толщины 8 приводит к снижению веса отсека и увеличению вероятности безотказного разделения или к уменьшению мощности ДУЗ. На шпангоуте симметрично относительно длины зоны наименьшей кольцевой толщины и относительно ДУЗ выполнены два внешних кольцевых выступа 10, которые препятствуют радиальному перемещению зоны наименьшей кольцевой толщины и позволяют снизить толщину 8 в зоне установки ДУЗ. Расстояние Li между двумя внешними кольцевыми выступами определяется исходя из условия устойчивости опертых оболочек к осевым нагрузкам в виде соотношения: где D - диаметр средней линии толщины обечайки; Е - модуль упругости материала шпангоута; δ - наименьшая кольцевая толщина шпангоута; Т - максимальная эквивалентная осевая сжимающая сила, действующая на отсек; L - длина зоны наименьшей толщины шпангоута.

Выступы препятствуют потере устойчивости зоны минимальной кольцевой толщины шпангоута при сжатии и уменьшают влияние краевого эффекта при сжатии и растяжении, препятствуя перемещению зоны наименьшей кольцевой толщины в радиальном направлении. Кольцевой элемент с проточкой под установку ДУЗ и контактирующая с ним разборная кольцевая полка, закрепленные каждый на своем внешнем кольцевом выступе, позволяют передавать сжимающую нагрузку, действующую на отсек, уменьшая напряжения, действующие в зоне наименьшей кольцевой толщины шпангоута.

При разделении отсека летательного аппарата подается соответствующая команда на электродетонаторы 6, установленные на кольцевом элементе 5. Электродетонаторы инициируют ДУЗ 8, установленный в кольцевой проточке шпангоута в зоне наименьшей кольцевой толщины шпангоута отсека, ДУЗ срабатывает. Форс от кумулятивной выемки, направленный в сторону наименьшей кольцевой толщины шпангоута, воздействует на материал шпангоута и прожигает его.

Давление, возникающее при срабатывании ДУ3-а, воздействует на разборную кольцевую полку 7, которая контактирует с внутренним разборным кольцевым элементом 5 со стороны проточки под ДУЗ 11. Номинальная длина кольцевой проточки под ДУЗ в осевом направлении равна ширине поперечного сечения ДУ3-а. Такая конструкция позволяет дополнительно не крепить ДУЗ после того, как он заложен в проточку, упрощая конструкцию. ДУЗ в предлагаемой конструкции поджат разборной кольцевой полкой 7. Кольцевой элемент 5, закрепленный на кольцевом выступе 10 шпангоута 2, вместе с электродетонатором 6 под воздействием давления от срабатывания ДУ3-а отходит от кольцевой полки 7 вместе с частью шпангоута, тем самым снижается вес оставшегося элемента летательного аппарата. Происходит его разделение. При этом основной импульс от действия ДУ3-а направлен радиально к оси отсека, что снижает возмущения на систему управления изделием.

Проведенные статические испытания разделяемого отсека подтвердили правильность заложенных в конструкцию решений.

Таким образом, предлагаемый разделяемый отсек летательного аппарата обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик путем снижения напряжений, действующих в зоне наименьшей толщины шпангоута отсека, за счет передачи усилий от точек закрепления через отсек без момента и, тем самым, снижения веса отсека и увеличения выдерживаемой отсеком нагрузки как при растяжении, так и при сжатии, а также снижения мощности детонирующего удлиненного заряда.

Изобретение относится к системам разделения изделий авиационной и ракетно-космической техники. Разделяемый отсек содержит обечайку (1), скрепленную с кольцевыми шпангоутами (2) с внутренней и внешней кольцевой проточкой, образующей зону наименьшей кольцевой толщины (длиной L), в которой сопрягаются внутренний кольцевой элемент (5) с электродетонаторами (ЭД), кольцевая полка (7) и детонирующий удлиненный заряд (ДУЗ) (8). Диаметры D расположения осей крепежных отверстий (9) шпангоутов, середины наименьшей кольцевой толщины шпангоута (5) и средней линии толщины обечайки - совпадают. На шпангоуте симметрично ДУЗ (8) и зоне длиной L выполнены два внешних кольцевых выступа (10), расстояние между которыми L₁ определяется исходя из условия устойчивости опертых оболочек к осевым эксплуатационным нагрузкам. Кольцевые полка (7) и элемент (5) выполнены в виде кольцевых сегментов, закрепленных на своих кольцевых выступах (10). На кольцевом элементе (5) выполнена проточка (11) под ДУЗ, а оси ЭД проходят через середину ДУ3. Технический результат состоит в снижении напряжений в зоне наименьшей толщины шпангоута отсека за счет безмоментной передачи усилий от точек закрепления через отсек, а также снижения мощности ДУ3. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Разделяемый отсек летательного аппарата, содержащий обечайку, скрепленную с кольцевыми шпангоутами, с внутренней и внешней кольцевой проточкой, образующей зону наименьшей кольцевой толщины длиной L, в которой сопрягаются внутренний кольцевой элемент с электродетонаторами, кольцевая полка и детонирующий удлиненный заряд (ДУЗ), отличающийся тем, что номинальные диаметры расположения осей крепежных отверстий шпангоутов, середины наименьшей кольцевой толщины шпангоута и средней линии толщины обечайки совпадают, на шпангоуте симметрично относительно длины зоны наименьшей кольцевой толщины и относительно ДУЗ выполнены два внешних кольцевых выступа, расстояние между которыми L₁ определяется исходя из условия устойчивости опертых оболочек к осевым нагрузкам, а кольцевая полка и внутренний кольцевой элемент выполнены разборными в виде нескольких кольцевых сегментов, закрепленных каждый на своем кольцевом выступе.

2. Разделяемый отсек летательного аппарата по п. 1, отличающийся тем, что расстояние между внешними кольцевыми выступами L₁ определяется условием

где L - длина зоны наименьшей кольцевой толщины; D - диаметр средней линии толщины обечайки; Е - модуль упругости материала обечайки; δ - наименьшая кольцевая толщина шпангоута; Т - максимальная эквивалентная осевая сжимающая сила, действующая на отсек.

3. Разделяемый отсек летательного аппарата по п. 1, отличающийся тем, что проточка под ДУЗ выполнена на внутреннем кольцевом элементе.

4. Разделяемый отсек летательного аппарата по п. 1, отличающийся тем, что ось электродетонаторов проходит через середину ДУ3 и середины длин L и L₁.