Система разделения

 

Изобретение относится к ракетно-космической технике и предназначено для крепления космического аппарата (КА) на ракете и отделения от нее после выведения. Предложенная система содержит ленточные соединительные узлы, каждый из которых снабжен релаксатором, стяжным болтом, соединительной и двумя цилиндрическими втулками, тензодатчиком и пирозамком. Пирозамок выполнен в виде шарнирно-зажимного механизма, взаимодействующего с конической головкой стяжного болта. Релаксатор содержит фиксатор, пирочеку и корпус с каналами и полостями, в одной из которых установлен поршень со штоком. Фиксатор выполнен в виде двух зажимов на оси вращения, имеющих возможность одновременного взаимодействия со штоком и пирочекой. В других полостях корпуса размещена гидросистема. При этом корпус релаксатора выполнен с возможностью перемещения вдоль оси его симметрии, а со штоком поршня соединен стяжной болт. Соединительная втулка взаимодействует одним концом с релаксатором, а другим - с цилиндрической втулкой. При разделении система обеспечивает ослабление натяжения соединительной ленты до минимума, необходимого для удержания КА на ступени ракеты. Тем самым изобретение позволяет значительно снизить ударные нагрузки при разделении, а также повторно использовать элементы системы. 1 з.п.ф-лы, 9 ил.

Система разделения относится к ракетно-космической технике и может быть использована для удержания космического аппарата на ступени ракеты при транспортировании, выведении на орбиту и для отделения его по команде системы управления.

Известны устройства для разделения частей космического аппарата (КА), содержащие натяжную ленту, охватывающую по окружности фланцы соединяемых/разделяемых частей КА, концы которой стянуты соединительным элементом с пироустройством (патент США N 5318255, кл. 244-158 R, приоритет 22.06.92 г., патент США N 4715565, кл. 244-158 R, приоритет 27.05.86 г.). Однако при срабатывании пироустройства происходит разрезание соединительного элемента, что вызывает возникновение больших ударных нагрузок, передающихся на КА.

Наиболее близкой к заявленной системе разделения является система разделения ступеней ракеты, содержащая ленту из двух полос, концы которых стянуты двумя диаметрально расположенными соединительными узлами, каждый из которых включает соединительные элементы и пирозамок (заявка Япония N 63-49680, кл. B 64 G 1/64, приоритет 27.04.83 г.).

Недостатками данной системы являются значительное усилие, необходимое для расфиксации, т.к. чека пирозамка, соединяющая концы ленты, воспринимает поперечное усилие, а также возможность заклинивания чеки, т.к. по мере хода чеки ее фиксирующая поверхность уменьшается, а усилие натяжения остается прежним.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является значительное (вплоть до нуля) снижение ударных нагрузок при разделении путем предварительного ослабления натяжения ленты до минимума, необходимого для удержания КА на последней ступени ракеты, а также возможность повторного использования конструктивных элементов системы.

Технический результат достигается тем, что система разделения содержит ленту из двух полос, концы которых стянуты двумя диаметрально расположенными соединительными узлами, каждый из которых включает соединительные элементы и пирозамок. В соответствии с предлагаемым изобретением каждый соединительный узел снабжен релаксатором и соединительной втулкой с тензодатчиком. Под термином "релаксатор" следует понимать узел для ослабления натяжения ленты системы разделения. Каждый соединительный узел выполнен в виде двух цилиндрических втулок с отверстиями и лысками, установленных в петлевые концы полос ленты, соединительного элемента, выполненного в виде стяжного болта с конической головкой, установленного в отверстие одной из втулок, пирозамка, закрепленного на петлевом конце ленты, выполненного в виде профилированного корпуса с двумя проушинами, между которыми установлена ось вращения, двух зажимов, смонтированных на одной оси вращения с возможностью одновременного взаимодействия с конической головкой стяжного болта и чекой пирозамка, при этом поверхности зажимов, взаимодействующие с конической головкой стяжного болта выполнены коническими, а взаимодействующие с чекой - плоскими. Релаксатор выполнен в виде корпуса, крышки, фиксатора и пирочеки, при этом корпус выполнен с каналами и внутренними полостями, в одной из которых установлен поршень со штоком с возможностью перемещения вдоль оси симметрии корпуса релаксатора и выполнен с конической головкой на одном конце штока и внутренней резьбой на другом, а в других полостях корпуса смонтирована гидросистема релаксатора, крышка закреплена на корпусе и выполнена с двумя проушинами, между которыми установлена ось вращения, фиксатор выполнен в виде двух зажимов, смонтированных на одной оси вращения с возможностью одновременного взаимодействия с конической головкой штока поршня и пирочекой, при этом поверхности зажимов, взаимодействующие с конической головкой штока поршня, выполнены коническими, а взаимодействующие с пирочекой - плоскими. Стяжной болт с конической головкой соединен посредством резьбы с внутренней резьбой штока релаксатора с возможностью перемещения вдоль оси симметрии корпуса релаксатора, а соединительная втулка с тензодатчиком установлена с возможностью взаимодействия одним своим концом с торцем корпуса релаксатора, а другим - с лыской цилиндрической втулки. Гидросистема релаксатора выполнена в виде дроссельного устройства, фильтров высокого и низкого давления, гидрокомпенсатора и заправочного клапана, соединенных с полостями корпуса и между собой посредством каналов.

На фиг. 1 представлена система разделения в общем виде, на фиг. 2 - выноска Г на фиг. 1, на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1, на фиг. 4 - вид сверху на соединительный узел, выноска Б на фиг. 3, на фиг. 5 - общий вид соединительного узла, на фиг. 6 - принципиальная кинематическая схема системы разделения, на фиг. 7 - общий вид релаксатора, на фиг. 8 и 9 - сечения Д-Д и Е-Е на фиг. 7 соответственно.

Система разделения (фиг. 1, 2) содержит ленту 1 с прикрепленными к ней башмаками 2, имеющими конусные поверхности, которые зажимают фланцы разделяемых частей КА и ракеты и два диаметрально расположенных соединительных узла (пиромеханических) 3, стягивающих концы ленты 1 (фиг. 3). Лента 1 представляет собой две стальные полосы 4, концы которых загнуты в виде петель, в которые установлены цилиндрические втулки 5. Каждый соединительный узел 3 (фиг. 4, 5) содержит релаксатор 6, соединительную втулку 7 с тензодатчиком, пирозамок 8 с чекой 9, стяжной болт 10 с конической головкой. Пирозамок 8 смонтирован на одном из петлевых концов ленты 1, а в расположенном напротив него петлевом конце ленты 1 установлен стяжной болт 10 в отверстие втулки 5. Между проушинами 11 корпуса пирозамка 8 установлена ось вращения 12, на которой смонтированы два зажима 13 и 14, каждый из которых имеет коническую и плоскую поверхности зажатия. Зажимы 13 и 14 установлены на одной оси вращения 12 с возможностью одновременного взаимодействия своими коническими поверхностями с конической головкой стяжного болта 10, а своими плоскими поверхностями - с чекой 9 пирозамка 8. Релаксатор 6 (фиг. 4, 7) состоит из корпуса 15, пирочеки 16 и фиксатора 17. На корпусе 15 закреплена крышка 18, выполненная с проушинами 19. Фиксатор 17 состоит из двух зажимов 13 и 14, смонтированных на одной оси вращения 12, установленной между проушинами 19 крышки 18.

Необходимо отметить, что зажимы и ось вращения как релаксатора 6, так и пирозамка 8 имеют аналогичное конструктивное выполнение и обозначены одинаковыми позициями. Корпус 15 релаксатора выполнен с каналами и внутренними полостями, в одной из которых установлен поршень 20 со штоком 21, который имеет коническую головку 22 на одном своем конце и внутреннюю резьбу 23 на другом. Зажимы 13, 14 смонтированы на одной оси вращения 12 с возможностью одновременного зажатия конической головки 22 штока 21 и пирочеки 17. Стяжной болт 10 соединен посредством резьбы с внутренней резьбой 23 штока релаксатора и расположен внутри соединительной втулки 7, которая одним своим концом взаимодействует с торцем корпуса 15, а другим - лыской втулки 5. В полостях корпуса 15 релаксатора установлены дроссельное устройство 24, фильтры высокого и низкого давления поз. 25 и 26 соответственно, гидрокомпенсатор 27, заправочный клапан 28 (фиг. 7, 8, 9).

После монтажа системы разделения производят постепенное натяжение ленты 1 до определенного усилия с помощью специального натяжного устройства (не показано). Величину усилия контролируют с помощью соединительной втулки 7 с тензодатчиком, сигнал от которого передается через кабель на контрольный прибор.

Система разделения работает следующим образом.

После выведения КА на расчетную орбиту система управления подает команду на сбрасывание пирочеки 16 релаксаторов 6. Сжатые газы перемещают пирочеку 16 в направлении стрелки Ж (фиг. 7), давая возможность зажимам 13 и 14 вращаться на оси 12. Поршень 20 со штоком 21 под действием усилия натяжения ленты разжимает конические поверхности зажимов и начинает перемещаться в направлении стрелки К, при этом рабочая жидкость перетекает через дроссельное устройство 24 из полости Л в полость М. Дроссельное устройство 24 путем подбора диаметров проходных отверстий дроссельных шайб и их количества обеспечивает медленное (1...2 с) перемещение поршня 20 со штоком 21 и, соответственно, уменьшение натяжения ленты до минимума. Эта операция обеспечивает ослабление натяжения ленты 1 (уменьшение потенциальной энергии) до ее разделения, что позволяет сделать последующее разделение практически безударным. Эту операцию можно назвать релаксацией. Величина ослабления натяжения ленты 1 определяется величиной хода штока 21 релаксатора путем подбора толщины регулировочной шайбы 29. После ослабления натяжения ленты (релаксации) система управления подает команду на срабатывание пирозамков 8 разделения ленты. Под действием сжатых газов чека 9 перемещается в направлении стрелки Н (фиг. 5), освобождая захваты 13 и 14. Стяжной болт 10 под действием остаточного усилия натяжения ленты выходит из зажимов, лента 1 разделяется на две части и позволяет КА отделиться от ракеты.

Предлагаемая система разделения позволяет максимально снизить ударные нагрузки, дает возможность повторного использования ее конструктивных элементов за счет минимальной деформации ленты, отсутствия разрезаемых стяжных болтов, что в целом повышает эффективность системы.

Формула изобретения

1. Система разделения, содержащая ленту из двух полос, концы которых стянуты двумя диаметрально расположенными соединительными узлами, каждый из которых включает соединительные элементы и пирозамок, отличающаяся тем, что каждый соединительный узел снабжен релаксатором и соединительной втулкой с тензодатчиком, при этом каждый соединительный узел выполнен в виде двух цилиндрических втулок с отверстиями и лысками, установленных в петлевые концы полос ленты, соединительного элемента, выполненного в виде установленного в отверстие одной из втулок стяжного болта с конической головкой, пирозамка, закрепленного на петлевом конце ленты и выполненного в виде профилированного корпуса с двумя проушинами, между которыми установлена ось вращения, и двух зажимов, смонтированных на одной оси вращения с возможностью одновременного взаимодействия с конической головкой стяжного болта и чекой пирозамка, при этом поверхности зажимов, взаимодействующие с конической головкой стяжного болта, выполнены коническими, а взаимодействующие с чекой - плоскими, релаксатор выполнен в виде корпуса, крышки, фиксатора и пирочеки, при этом корпус выполнен с каналами и внутренними полостями, в одной из которых установлен поршень со штоком с возможностью перемещения вдоль оси симметрии корпуса релаксатора и выполнен с конической головкой на одном конце штока и внутренней резьбой на другом, а в других полостях корпуса смонтирована гидросистема релаксатора, крышка закреплена на корпусе и выполнена с двумя проушинами, между которыми установлена ось вращения, фиксатор выполнен в виде двух зажимов, смонтированных на одной оси вращения с возможностью одновременного взаимодействия с конической головкой штока поршня и пирочекой, при этом поверхности зажимов, взаимодействующие с конической головкой штока поршня, выполнены коническими, а взаимодействующие с пирочекой - плоскими, причем стяжной болт с конической головкой соединен посредством резьбы с внутренней резьбой штока релаксатора с возможностью перемещения вдоль оси симметрии корпуса релаксатора, а соединительная втулка с тензодатчиком установлена с возможностью взаимодействия одним своим концом с торцом корпуса релаксатора, а другим - с лыской цилиндрической втулки.

2. Система разделения по п.1, отличающаяся тем, что гидросистема релаксатора выполнена в виде дроссельного устройства, фильтров высокого и низкого давления, гидрокомпенсатора и заправочного клапана, соединенных с полостями корпуса и между собой посредством каналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9