Раскрываемое крыло двухступенчатой ракеты
Владельцы патента RU 2478907:
Открытое акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" (RU)
Изобретение относится к области ракетной техники и касается складываемых аэродинамических поверхностей и механизмов их раскрытия. Крыло и механизм раскрытия установлены автономно на разных ступенях ракеты. Механизм раскрытия выполнен в виде вращающегося кривошипа, состоящего из рычага и оси вращения, закрепленной в опорном кронштейне. Оси вращения крыла и рычага совмещены по направлению. Рычаг установлен на оси вращения рычага с возможностью вращения относительно оси и зафиксирован на ней закрепленным на рычаге пиростопором. На оси вращения рычага и на самом рычаге установлены упоры, между которыми размещена пружина сжатия. Рычаг снабжен пальцами, взаимодействующими с гнездами, размещенными в задней кромке крыла. Крыло раскрывается за свою заднюю кромку с помощью двух пальцев, установленных на рычаге. Достигается устранение изменений в динамике процесса разделения ступеней ракеты, снижение усилий при раскрытии, действующих на заднюю кромку крыла, снижение массы. 7 ил.
Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к складным аэродинамическим поверхностям (крыльям, рулям, стабилизаторам) и механизмам их раскрытия, и может быть использовано в конструкции механизмов раскрытия складываемых, находящихся под обтекателем, крыльев двухступенчатых ракет.
Ракеты с раскрывающимися аэродинамическими поверхностями (крыльями, рулями, стабилизаторами) широко и давно известны (патент США №3650496, 1972 г.; патенты РФ №2243488, F42B 10/14, 2004 г.; №2284450, F42B 10/14, 2006 г.и др.). Это ракеты, стартующие либо из транспортно-пусковых контейнеров, либо со стартово-разгонных ступеней и находящиеся при разгоне под обтекателем. Наличие складываемых конструкций продиктовано уменьшением габаритов средств доставки ракет.
Наиболее близким по набору существенных признаков является техническое решение по патенту РФ №2365866, F42B 10/14, 2008 г., которое и было принято авторами за ближайший аналог.
Данное техническое решение представляет собой складной руль, шарнирно закрепленный на корпусе ракеты и жестко фиксируемый после раскрытия. Руль переводится из сложенного положения в раскрытое с помощью механизма раскрытия руля, расположенного внутри вала привода управления рулем и представляющего в данном конкретном случае пружинный толкатель. В качестве механизма раскрытия можно было бы использовать (особенно в случае больших шарнирных моментов при раскрытии) устройства с другим принципом действия, например, пиротолкатели, пневмо- и гидромеханизмы.
Указанное устройство представляет собой компактное устройство с малыми габаритными размерами и может быть признано рациональным для одноступенчатых ракет с аэродинамическими поверхностями (рулями) малой площади.
Однако для вытянутых вдоль корпуса аэродинамических поверхностей (несущих крыльев) сверхзвуковых и гиперзвуковых ракет, включающих в себя для достижения заданной скорости полета разгонные (отделяемые) ступени, данное техническое решение использовать нецелесообразно, так как такие крылья, как правило, устанавливаются не менее чем на двух значительно разнесенных по длине корпуса шарнирных опорах, а для их раскрытия (из-за большой скорости полета и значительной площади крыльев) требуются значительные усилия для преодоления больших шарнирных моментов при раскрытии. Это приводит к значительному увеличению массы (паразитной после раскрытия крыльев) размещенных на маршевой ступени механизмов раскрытия и систем, обеспечивающих их функционирование, и к уменьшению полезного объема внутри самой ракеты для размещения других систем ракеты.
Указанные недостатки устраняются тем, что механизм раскрытия крыла конструктивно отделен от шарнирно установленного на корпусе маршевой ступени ракеты крыла, размещен на разгонной (отделяемой) ступени ракеты и взаимодействует с крылом посредством двух пальцев кривошипа механизма раскрытия, утопленных в гнездах, размещенных в задней кромке крыла. Наличие двух пальцев позволяет приложить момент на поворот крыла непосредственно к кромке крыла (в двух точках) и гарантировано повернуть крыло, в том числе и составное - с вращающимся элероном (элевоном) в задней части крыла. Выполнить такую операцию с составным крылом одним пальцем (контакт с кромкой в одной точке в виде сосредоточенной в точке силы) достаточно проблематично - крыло вместо того, чтобы раскрываться, может просто сложиться по линии вращения элерона (элевона) и в конце концов сломаться.
Как следует из вышеизложенного, механизм раскрытия крыла после раскрытия последнего становится ненужным (паразитной массой) и потому отбрасывается вместе с разгонной ступенью при разделении ступеней ракеты. Однако в момент разделения ступеней пальцы кривошипа механизма раскрытия находятся в гнездах задней кромки крыла и могут быть с некоторым усилием поджаты крылом. Это усилие многократно увеличивается, если будет задействован механизм, управляющий элевоном. Кроме того задние кромки крыла могут быть скошены под произвольным углом, к оси ракеты, что автоматически приводит к несовпадению ориентации осей пальцев и соответствующих им гнезд в кромке с направлением выхода пальцев из гнезд при разделении ступеней. Все это может привести к малопредсказуемым изменениям в динамике процесса разделения ступеней, что нежелательно.
С целью устранения этого недостатка механизм раскрытия крыла дополнен механизмом отвода от кромки крыла кривошипа, состоящего из рычага и оси вращения рычага. Механизм отвода состоит из двух упоров и размещенной между ними пружины сжатия, один из упоров закреплен на рычаге, второй упор неподвижно установлен на оси вращения рычага, при этом рычаг установлен на оси вращения рычага с возможностью взаимного вращения и зафиксирован в исходном положении пиростопором, установленном на рычаге. В отведенном от кромки крыла положении рычаг устанавливается на собственный фиксатор.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами - на фиг.1, 2 представлен общий вид крыла с механизмом раскрытия (вид сбоку на крыло и вид по направлению полета), на фиг.3 показан вид сбоку на механизм отвода в исходном положении, на фиг.6 - тот же вид на механизм отвода в конечном положении, на фиг.4, 6, 7 - сечения по отдельным элементам конструкции.
Устройство раскрываемого крыла состоит из фиксируемого в раскрытом положении (узлы фиксации условно не показаны) крыла 1, шарнирно установленного на двух опорах 2 на корпусе маршевой ступени 3 ракеты, механизма раскрытия крыла, выполненного в виде прилегающего к задней кромке 4 крыла 1 кривошипа 5, ось вращения 6 которого размещена в опорном кронштейне 7, жестко закрепленного на разгонной (отделяемой) ступени 8 ракеты, и привода 9. При этом опорный кронштейн 7 установлен так, что оси шарнирных опор 2 крыла 1 и ось вращения 6 кривошипа 5 являются составными частями единой оси 10 (оси вращения опор 2 и кривошипа 5 совмещены по направлению), а на самом кривошипе 5 жестко установлены разнесенные по его длине два пальца 11, которые в свою очередь заведены (утоплены) в гнезда 12, жестко закрепленные на задней кромке 4 крыла. В общем случае крыло 1 может быть выполнено составным и включать в себя помимо основной части 1 еще и вращающуюся по оси 13, образуемой шарнирами 14, аэродинамическую поверхность управления (элевон, элерон) 15, которая в сложенном положении крыла может слегка покачиваться на своей оси вращения 13 (из-за наличия люфтов в шарнирах).
Кривошип 5 состоит из рычага 16 и оси вращения 6 кривошипа, в которой штифтом 17 закреплен ступенчатый стержень 18. На стержне 18 в свою очередь размещен с возможностью вращения относительно стержня рычаг 16 и закреплен штифтом 19 упор 20. На рычаге 16 установлены пиростопор 21, шток 22 которого фиксирует рычаг 16 в исходном положении (рычаг подведен к кромке 4 крыла), и кронштейн 23, в котором закреплен упор 24. Между упорами 20 и 24 размещена пружина сжатия 25, а на упоре 20 установлен фиксатор 26 рычага 16 в отведенном положении. Ось вращения 6 кривошипа зафиксирована в опорном кронштейне 7 с помощью штифта 27 и качалки 28, которая в свою очередь соединена с приводом 9.
Устройство работает следующим образом.
В исходном положении (крыло сложено) рычаг 16 кривошипа 5 поджат к кромке 4 крыла 1 и удерживается в этом положении пиростопором 21, пальцы 11 кривошипа 5 при этом заведены в гнезда 12 крыла 1. При подаче управляющегося сигнала привод 9 посредством качалки 28 поворачивает кривошип 5, а вместе с ним и крыло 1 с помощью двух пальцев 11, взаимодействующих с гнездами 12 в задней кромке 4 крыла, из сложенного положения в раскрытое до фиксации крыла на своих фиксаторах. Через небольшую паузу подается сигнал на срабатывание пиростопора 21, шток 22 пиростопора втягивается внутрь пиростопора, нарушая при этом жесткую механическую связь между стержнем 18 оси вращения 6 кривошипа и рычагом 16, рычаг 16 после этого пружиной сжатия 25 отталкивается от кромки 4 крыла до его фиксации фиксатором 26, пальцы 11 кривошипа при этом выходят из своих гнезд 12 в кромке 4 крыла. С этого момента механизм раскрытия крыла больше не нужен и при разделении ступеней ракеты отбрасывается вместе с разгонной ступенью ракеты. Наличие в зацеплении с гнездами 12 крыла одновременно двух разнесенных по длине кривошипа 5 пальцев 11 позволяет раскрывать и составные крылья (с вращающимся на своей оси элероном или элевоном в задней части крыла) и ограничить действующие на заднюю кромку крыла усилия при раскрытии.
Раскрываемое крыло двухступенчатой ракеты, состоящее из фиксируемого в раскрытом положении шарнирно закрепленного на корпусе ракеты крыла и механизма раскрытия крыла с приводом, отличающееся тем, что крыло и механизм раскрытия установлены автономно на разных ступенях ракеты, механизм раскрытия выполнен в виде вращающегося кривошипа, состоящего из рычага и оси вращения рычага, закрепленной в опорном кронштейне, при этом оси вращения крыла и рычага совмещены по направлению, рычаг установлен на оси вращения рычага с возможностью вращения относительно оси и зафиксирован на ней закрепленным на рычаге пиростопором, на оси вращения рычага и на самом рычаге установлены упоры, между которыми размещена пружина сжатия, а сам рычаг снабжен пальцами, взаимодействующими с гнездами, размещенными в задней кромке крыла.
