Ступень ракеты

 

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано в приборных отсеках со стержневой рамой при групповом выведении космических аппаратов (КА). Ступень содержит установленный на корпусе приборный отсек со стержневой рамой, систему отделения КА в виде четырех кронштейнов с пиротолкателями, закрепленных на торце стержневой рамы при помощи резьбовых шпилек с гайками, а также основной и попутные КА. На шпильки рамы установлены корытообразные кронштейны с отбортовками, внутри которых на эти же шпильки смонтированы кронштейны с системой отделения основного КА, а на отбортовках кронштейнов закреплена платформа с двумя консольно выступающими частями, на которых смонтированы посадочные места для установки попутных КА. Консольные части платформы подкреплены V-образными стержневыми стойками, свободные концы которых закреплены на платформе, а связанные - на кронштейнах приборного отсека. Суммарная высота корытообразных кронштейнов и платформы для попутных КА не превышает высоту кронштейнов для установки основного КА. Изобретение позволяет снизить массу конструкции ступени с обеспечением заданных параметров жесткости стержневой рамы и платформы, а также увеличить зоны расположения основного КА. 9 ил.

Изобретение относится к ракетно-космической технике и касается ступеней ракет с верхним расположением приборного отсека с рамой для установки двух и более космических аппаратов (КА).

Известны ступени ракеты, содержащие приборный отсек с рамой, на которую последовательно установлены два КА с установкой верхнего КА на нижний (см. "Ракетная и космическая техника", ЦНТИ "Поиск" по материалам иностранной печати, 42 (1251) от 14.10.83 г, с.11, "О перспективах коммерческого использования ракет "Титан-34Д". Данный способ установки КА широко используется, например, на ракете "Ариан" (ESA) (РКТ 37-38 (1246-1247) от 16.09.83 г. , с. 19), на ракете-носителе "Космос" (Россия) для установки дополнительного малогабаритного КА.

Использование данного способа возможно только при соблюдении ряда условий, а именно: наличия достаточной зоны для размещения последовательно установленных КА под обтекателем; совместимости КА по механическому и электрическому интерфейсам, при которой нижний КА должен дорабатываться (или разрабатываться) с учетом установки на него верхнего КА.

В случае несоблюдения данных условий последовательная установка КА под обтекателем ракеты невозможна. КА в этом случае могут устанавливаться на раме приборного отсека по параллельной схеме.

Известна ступень ракеты с параллельной установкой КА под обтекателем ракеты (см. "Ракетная и космическая техника", ЦНТИ "Поиск" по материалам иностранной печати, 21 (1230) от 27.05.83 г., с.7, рис. "Схематическое изображение спутника GS-1 с дополнительной полезной нагрузкой"). Дополнительный КА может устанавливаться сбоку от основного КА по следующим схемам: установка дополнительного КА сбоку на основном КА; установка дополнительного КА сбоку на специальном адаптере, на торцевую часть которого монтируется основной КА; адаптер устанавливается на раму приборного отсека ракеты; система отделения основного и дополнительного КА монтируется на адаптере; установка дополнительного КА на плоскую платформу, закрепляемую на стержневой раме; основной КА монтируется на штатную систему отделения КА ракеты.

Выбор схемы установки двух КА на ракете зависит от многих факторов, в том числе: от габаритных размеров КА; от зоны полезного груза головного обтекателя ракеты; от способности основного КА к адаптации к стыковке с дополнительным КА; от прочностных и динамических характеристик стержневой рамы приборного отсека ракеты;
от требований к параметрам поперечной центровки ракеты, определяющим условия устойчивости и управляемости ракеты на участке выведения и др.

Наиболее близкой к предлагаемой конструкции ступени является ступень ракеты (фиг. 6-9, Приложение), содержащая корпус 3, верхний приборный отсек 2 со стержневой рамой 1 для установки КА 6 и стыкуемый на приборный отсек головной аэродинамический обтекатель (см. Космонавтика СССР, М., Машиностроение, "Планета", 1986, стр.316-317, а также патент 2059190). Данная ступень взята за прототип.

Стержневая рама 1 приборного отсека служит для установки КА и содержит верхний пояс с пиротехнической системой отделения 5 КА, нижний пояс, соединяющий их стержневой каркас и подкрепляющие стойки. Рама жестко крепится к верхнему шпангоуту приборного отсека в четырех точках. Стыковочной плоскостью для КА является плоскость, образованная поверхностями четырех стыковочных кронштейнов 4 стержневой рамы 1, в которых установлены четыре пиротолкателя 5 системы отделения КА и шесть направляющих штырей, устанавливаемых в кронштейнах согласно фиг. 3. Пиротолкатели до момента отделения КА служат для крепления КА к РН. Кронштейны закреплены на раме при помощи резьбовых шпилек с гайками.

Рассмотрим установку двух КА по параллельной схеме в случае габаритов основного КА, соизмеримых с габаритами зоны полезного груза головного аэродинамического обтекателя ракеты, т.е. когда зазоры между обтекателем и основным КА минимальны. В этом случае дополнительный КА устанавливается через плоскую платформу, закрепляемую на стержневой раме приборного отсека, а основной КА устанавливается на кронштейны системы отделения КА (фиг.1, 4).

Описанный прототип является серийной ракетой-носителем. Опыт ее эксплуатации показал, что наиболее уязвимым звеном является стержневая рама, одновременно выполняющая две функции: монтаж КА и монтаж системы управления. Произвольное закрепление платформы для установки дополнительного КА на стержневой раме приводит к следующим недостаткам:
нагружение стержневой рамы платформой с дополнительным КА может привести к необходимости доработок рамы, что сталкивается с проблемой обеспечения виброрежимов мест крепления приборов системы управления на раме и соответственно требует большого объема наземной отработки;
разработка платформы для установки дополнительного КА ведется из условия обеспечения ее заданных динамических характеристик для обеспечения заданной собственной частоты КА; динамические характеристики платформы зависят от высоты платформы и силовых характеристик платформы, а также от способа закрепления платформы на стержневой раме; чрезмерное увеличение высоты платформы при расположении ее на торце стержневой рамы приводит к уменьшению зоны полезного груза под обтекателем и невозможности установки основного КА.

Целью изобретения является снижение массы конструкции ступени с обеспечением заданных параметров жесткости стержневой рамы и платформы, а также увеличение зоны расположения основного КА.

Поставленная цель достигается тем, что на шпильки рамы установлены корытообразные кронштейны с отбортовками, внутри которых на эти же шпильки смонтированы кронштейны с системой отделения основного космического аппарата, на отбортовках кронштейнов закреплена платформа, имеющая две консольно выступающие части в направлении точек крепления стержневой рамы на приборном отсеке, на которых смонтированы посадочные места для установки попутных космических аппаратов, при этом консольные части платформы подкреплены V-образными стержневыми стойками, свободные концы которых закреплены на платформе, а связанные - на кронштейнах приборного отсека для крепления стержневой рамы, причем суммарная высота корытообразных кронштейнов и платформы для попутных КА не превышает высоту кронштейнов для установки основного КА.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 - общий вид ступени с основным и попутными КА в зоне полезного груза головного аэродинамического обтекателя;
на фиг.2 - узел крепления попутного аппарата;
на фиг.3 - платформа для установки попутных КА;
на фиг. 4 - узел крепления кронштейна для установки основного КА, кронштейна для установки платформы для попутных КА и самой платформы;
на фиг.5 - узел подкрепления платформы для попутных КА.

Ступень ракеты содержит корпус 1, цилиндрический приборный отсек 2 со стержневой рамой 3, закрепленной на приборном отсеке в четырех точках при помощи кронштейнов. Основной КА 4 устанавливается на стержневую раму 3 через кронштейны 10, в которых установлены пиротолкатели 12. Попутные КА 5 установлены на специальную платформу 7, смонтированную на стержневой раме 3. Основной и попутные КА установлены под головным аэродинамическим обтекателем в его зоне полезного груза 6. (Сам обтекатель условно не показан). Попутные КА 5 могут быть установлены на платформе 7 либо через специальную конструкцию 8 для обеспечения безударного отделения КА, либо без нее, тогда посадочные места 9 выполняются непосредственно в платформе 7.

Платформа 7 монтируется на стержневой раме 3 таким образом, чтобы кронштейны 10 для установки основного КА 4 оставались доступными для стыковки КА. Платформа 7 для установки попутных КА 5 выполнена с консольно выступающими частями в направлении кронштейнов 20 для крепления стержневой рамы 3 на приборном отсеке. В кронштейне 10 установлены установочные шпильки 11 и пиротолкатели 12, служащие одновременно пирозамками для крепления основного КА 4 с рамой 3 ракеты.

Между кронштейнами 10 и опорными элементами 14 стержневой рамы 3 смонтированы корытообразные кронштейны 13 с отбортовками, на которых закреплена платформа 7 для установки попутных КА 5. В опорных элементах 14 установлены резьбовые шпильки 15, служащие для закрепления кронштейнов 10, 13 на раме 3. Основной КА 4 установлен на кронштейны 10 и закреплен замком-пиротолкателем 12. Верхний пояс стержневой рамы 3 образован стержневыми и коробчатыми элементами 16.

Консольно выступающие части платформы для попутных КА 5 подкреплены V-образными трубчатыми стойками 17, свободные концы которых при помощи фитингов 19 закреплены на платформе 7, а связанные - при помощи фитингов 18 на кронштейнах 20 приборного отсека для крепления стержневой рамы 3.

При выведении КА на активном участке траектории нагрузки от попутных КА в заявляемой конструкции распределяются оптимальным образом с использованием штатных силовых элементов ракеты - фитингов для установки основного КА, фитингов для крепления рамы в приборном отсеке. Выполнение кронштейнов 13 корытообразной формы и установка их под основными кронштейнами обеспечивает требуемые условия прочности и жесткости.

Заявляемая конструкция ступени ракеты позволяет:
снизить массу конструкции ступени за счет рационального нагружения стержневой рамы и цилиндрической части приборного отсека за счет закрепления платформы для попутных КА в местах приложения нагрузок от основного КА и раскрепления консольных частей рамы в местах монтажа рамы на приборном отсеке по сравнению с чисто консольной платформой на 25-28%;
обеспечить заданные параметры жесткости платформы для установки попутных КА;
обеспечить существующие параметры жесткости стержневой рамы, что исключает проведение испытаний на подтверждение непревышения динамических нагрузок в местах крепления приборов системы управления ракеты;
практически сохранить существующую зону расположения основного КА под головным аэродинамическим обтекателем за счет того, что суммарная высота корытообразных кронштейнов и платформы для попутных КА не превышает высоту кронштейнов для установки основного КА; зона уменьшится на толщину основания корытообразного кронштейна, что составляет по проведенным проработкам всего 5 мм.

Заявляемая конструкция прошла полный цикл наземной экспериментальной отработки (динамические испытания на полномасштабном приборном отсеке с макетами КА по программе "05ДИ"), в ходе которой подтверждена эффективность конструкции.

Формула изобретения

Ступень ракеты, содержащая корпус, приборный отсек со стержневой рамой, закрепленной на торце приборного отсека в четырех точках, систему отделения космического аппарата в виде четырех кронштейнов с пиротолкателями, закрепленных на торце стержневой рамы при помощи резьбовых шпилек с гайками, установленные под головным аэродинамическим обтекателем, смонтированным на приборном отсеке, основной и попутные космические аппараты, отличающаяся тем, что на шпильки установлены корытообразные кронштейны с отбортовками, внутри которых на эти же шпильки смонтированы кронштейны с системой отделения основного космического аппарата, и на отбортовках которых закреплена платформа, имеющая две консольно выступающие части в направлении точек крепления стержневой рамы на приборном отсеке, на которых смонтированы посадочные места для установки попутных космических аппаратов, при этом консольные части платформы подкреплены V-образными стержневыми стойками, свободные концы которых закреплены на платформе, а связанные - на кронштейнах приборного отсека для крепления стержневой рамы, причем суммарная высота корытообразных кронштейнов и платформы для попутных космических аппаратов не превышает высоту кронштейнов для установки основного космического аппарата.

РИСУНКИ

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