УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЛЛЮМИНАТОРОВ ПИЛОТИРУЕМЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Российский патент 2024 года по МПК G01M11/08 G01M3/36 

Предлагаемое устройство относится к области эксплуатации и обеспечения безопасности пилотируемых космических аппаратов (КА), в частности к устройствам для контроля герметичности иллюминаторов пилотируемых КА.

Пилотируемые космические аппараты оснащены различными оптическими иллюминаторами, содержащими не менее двух стeкол, которые обеспечивают герметичность отсеков КА с двумя барьерами защиты.

Уплотнители (между стеклом и оправой иллюминатора) под воздействием различных факторов космического полета (удары микрометеоритов, облучение жестким ультрафиолетовым излучением уплотнений иллюминаторов, радиация, продолжительность эксплуатации более 10 лет), теряют способность обеспечивать герметизацию, вследствие чего герметизацию отсеков КА обеспечивает только внутреннее стекло с его уплотнителями. Естественно, что надежность герметизации отсеков КА и безопасность полетов в этом случае понижается, т. к. остается один барьер защиты.

В наземных условиях герметичность иллюминаторов проверяется перед установкой их на КА путeм заполнения межстекольного пространства иллюминатора гелием с последующим контролем утечки гелия в барокамере. После подтверждения герметичности межстекольное пространство наполняется сухим азотом с давлением 1,0 атм. и иллюминаторы устанавливаются на КА. Повторный контроль герметичности иллюминаторов проводится в составе КА, когда КА размещается в барокамере, его гермоотсеки наполняются гелием и по его утечке делается заключение о герметичности отсеков КА и, в частности, иллюминаторов.

Для контроля герметичности иллюминаторов КА в условиях полeта используется устройство, разработанное и изготовленное согласно описанию к патенту Российской Федерации № 2280848. Устройство предназначено для решения задачи контроля герметичности иллюминаторов в условиях полeта, путeм измерения величины деформации (прогиба) внутреннего стекла иллюминатора, обращенного в сторону гермоотсека КА. По измеренной величине деформации судят о степени нарушения герметизации.

Данное устройство может быть принято в качестве прототипа к предлагаемому устройству.

В конструкцию прототипа входят: узел крепления включающий два резьбовых отверстия на концах измерительной планки, в которые ввинчены невыпадающие винты, ввeрнутые в отверстия на оправе иллюминатора и измерительный узел, состоящий из двух опор, расположенных близко к внутреннему диаметру оправы иллюминатора симметрично на линиях перпендикулярных продольной оси измерительной планки и расстоянием между осями опор каждой пары 30 мм, а также трeх ступенчатых отверстий на измерительной планке, одно из которых расположено в центре измерительной планки, а два других на одинаковом удалении от центрального ступенчатого отверстия и близко к краю светового диаметра иллюминатора, а также микрометра с защитным колпачком, установленного в одно из ступенчатых отверстий, и зафиксированного на измерительной планке с помощью резинового кольца, при этом точки касания опор стекла иллюминатора лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси измерительного стержня микрометра, расстояние между поверхностью измерительной планки, обращeнной к оправе иллюминатора и поверхностью оправы иллюминатора составляет ~ 2÷3 мм.

В процессе эксплуатации были обнаружены следующие недостатки конструкции прототипа:

- измерительная планка, изготовленная из алюминиевого сплава, обладала недостаточной жесткостью, и при сильном затягивании одного или обоих винтов крепления измерительной планки к оправе иллюминатора происходила упругая деформация планки, что приводило к ошибкам измерений прогиба внутреннего стекла иллюминатора;

- из-за разной глубины буртиков в ступенчатых отверстиях на измерительной планке, связанной с погрешностью изготовления, обнаруженных при наземной тарировке, измерения приходилось проводить сериями, с поворотом планки на 180° и 90° вокруг вертикальной оси и затем осреднять полученные результаты измерений.

Задачей настоящего изобретения является повышение эргономических характеристик предлагаемого устройства при измерении прогиба внутреннего стекла иллюминатора, обращенного в сторону гермоотсека КА.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для контроля герметичности иллюминаторов пилотируемых космических аппаратов, содержащем узел крепления устройства с крепeжными элементами и измерительный узел из пластины, опор, контактирующих с поверхностью внутреннего стекла иллюминатора, микрометра с защитным колпачком, узла фиксации микрометра с упругими элементами, в отличие от известных, узел крепления устройства выполнен в виде кольца и стоек, снабженных крепeжными элементами в виде присосок, прикреплeнных непосредственно к стеклу иллюминатора, и пружинами сжатия между кольцом и пластиной с не менее чем тремя опорами, расположенными на окружности, а измерительная ось микрометра пересекает центр окружности, проходящей через точки касания опор стекла иллюминатора и перпендикулярна плоскости, в которой лежат эти точки, а упругие элементы, закреплены одним концом на пластине, а другим концом на шайбе, надетой на защитный колпачок микрометра, установленного в ступенчатой втулке, встроенной в пластину.

Суть изобретения поясняется графическими материалами:

фиг. 1 - схема предлагаемого устройства;

фиг. 2 - схема предлагаемого устройства (вид сверху), на которых приняты следующие обозначения:

где:

1 - внутреннее стекло иллюминатора;

2 - оправа иллюминатора;

3 - опора;

4 - кольцо;

5 - упругий элемент, который может быть выполнен в виде, например, пружины растяжения или резинки;

6 - шайба с отверстиями для крепления пружин, фиксирующих микрометр;

7 - микрометр;

8 - пружина сжатия (цилиндрическая винтовая), расположенная между кольцом и пластиной;

9 - стойка с узлом крепления присоски;

10 - узел крепления присоски;

11 - силиконовая присоска;

12 - направляющая ступенчатая втулка для микрометра;

13 - выдвижной наконечник микрометра;

14 - пластина для крепления опор;

15 - защитный колпачок;

16 - винт для закрепления стойки с узлом крепления присоски;

17 - отверстие в пластине для крепления опор.

В узел крепления устройства входят: кольцо (4), стойки с узлом крепления присосок (9), узел крепления присосок (10), силиконовые присоски (11).

В измерительный узел устройства входят: пластина для крепления опор (14), опоры (3), направляющая ступенчатая втулка для микрометра (12), микрометр (7), упругие элементы для фиксации микрометра, выполненные в предлагаемом примере в виде пружин растяжения (цилиндрических винтовых) (5), шайба с отверстиями для крепления пружин, фиксирующих микрометр (6).

Гибкую связь между узлом крепления устройства и измерительным узлом устройства, а также прижатие измерительного узла устройства к стеклу иллюминатора обеспечивают пружины сжатия (8). Пружины сжатия (8) свободно надеты на стойки (9) и не прикреплены ни к кольцу (4), ни к пластине для крепления опор (14). Стойки (9) свободно проходят в отверстия (17) в пластине для крепления опор (14). Для уменьшения влияния узла крепления на погрешности измерений усилие прижатия присосок к стеклу иллюминатора должно быть значительно больше давления пружин сжатия (8) на измерительный узел.

Подготовка к измерениям заключается в проверке состояния микрометра. Если микрометр электронный проверить наличие заряженной батарейки, функционирование электронного табло. Проверить плавность хода измерительного стержня. Установить микрометр (7) в устройство, для чего - вставить измерительный стержень с выдвижным наконечником (13) в направляющую ступенчатую втулку (12) до упора, зафиксировать микрометр, надев сверху шайбу (6) с пружинами растяжения или резинками (5) на защитный колпачок (15).

Устройство устанавливается на поверхность внутреннего стекла (1) иллюминатора так, чтобы ось выдвижного наконечника (13) микрометра совпадала с центром внутреннего стекла иллюминатора. При установке устройства можно ориентироваться по внутреннему диаметру оправы иллюминатора (2) и внешнему диаметру кольца устройства (4). Прижать устройство к стеклу иллюминатора, так, чтобы силиконовые присоски (11) равномерно прилипли к поверхности стекла. Приподнять микрометр (7), удерживая за корпус, так, чтобы выдвижной наконечник (13) не касался стекла иллюминатора и, нажав на кнопку «Zero» на лицевой панели микрометра, обнулить показания. Затем плавно опустить микрометр, чтобы его выдвижной наконечник коснулся стекла иллюминатора. Отпустить микрометр и снять показания микрометра. Вычесть эти значения из значений, полученных с помощью устройства при наземной тарировке устройства на плоском стекле. Полученные значения прогиба внутреннего стекла иллюминатора могут быть использованы для расчета давления в межстекольном пространстве иллюминатора. При расчете необходимо учитывать давление внутри отсека КА.

В результате выполнения работ по измерению деформации внутреннего стекла иллюминатора КА и последующей наземной обработке полученных данных специалисты по прочности дают заключение о надeжности иллюминатора.

Заявленное устройство может быть применено для контроля герметичности иллюминаторов на перспективных модулях РОС.

В проекте РОС предусмотрены двухстекольные иллюминаторы со световым диаметром 230 мм и 420 мм. Заявленное устройство подходит для контроля герметичности обоих видов иллюминаторов.

Изобретение относится к области эксплуатации и обеспечения безопасности пилотируемых космических аппаратов (КА), в частности к устройствам для контроля герметичности иллюминаторов пилотируемых КА. На поверхность внутреннего стекла иллюминатора, обращенную внутрь гермоотсека КА, устанавливают предлагаемое устройство, имеющее узел крепления устройства и измерительный узел. Узел крепления и измерительный узел не имеют между собой жесткой связи, что позволяет исключить или значительно уменьшить влияние узла крепления на выполняемые измерения. Использование не менее трeх опорных точек, расположенных на окружности в измерительном узле, позволяет устанавливать устройство не строго по оси иллюминатора, так как поверхность стекла при равномерном давлении воздуха внутреннего объeма КА приобретает форму, близкую к части сферы, и перемещение устройства по этой сфере не влияет на измерения. Микрометр, входящий в измерительный узел устройства, расположен в центре окружности симметрично относительно опорных точек и зафиксирован на измерительном узле. Технический результат - повышение эргономических характеристик предлагаемого устройства при измерении прогиба внутреннего стекла иллюминатора, обращенного в сторону гермоотсека КА. 2 ил.

Устройство для контроля герметичности иллюминаторов пилотируемых космических аппаратов, содержащее узел крепления устройства с крепeжными элементами и измерительный узел из пластины, опор, контактирующих с поверхностью внутреннего стекла иллюминатора, микрометра с защитным колпачком, узла фиксации микрометра с упругими элементами, отличающееся тем, что узел крепления устройства выполнен в виде кольца и стоек, снабженных крепeжными элементами в виде присосок, прикреплeнных непосредственно к стеклу иллюминатора, и пружинами сжатия между кольцом и пластиной с не менее чем тремя опорами, расположенными на окружности, а измерительная ось микрометра пересекает центр окружности, проходящей через точки касания опор стекла иллюминатора и перпендикулярна плоскости, в которой лежат эти точки, а упругие элементы закреплены одним концом на пластине, а другим концом на шайбе, надетой на защитный колпачок микрометра, установленного в ступенчатой втулке, встроенной в пластину.