Устройство отвода коммуникаций с разъемными соединениями
Владельцы патента RU 2479471:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева" (RU)
Изобретение относится к ракетной технике и предназначено для отвода коммуникаций с разъемными соединениями от борта ракеты. Устройство содержит основание, шарнирно закрепленную на основании стрелу с возможностью поворота в горизонтальной плоскости, две шарнирно установленные рамы на конце стрелы, привод стрелы, систему тяг и рычагов для соединения с разъемными соединениями. Рамы соединены балкой с равноплечим коромыслом с подпружиненными тягами в виде параллелограмма, между одной из рам и стрелой установлен пневмопривод с герметичным кожухом, образующим ресиверную плоскость для соединения с внутренней рабочей полостью пневмопривода. Внутри штока привода стрелы установлен второй шток со смещенным относительно направляющей поршнем для обеспечения ресиверной плоскости. На цилиндре привода стрелы симметрично установлены и соединены траверсой с первым штоком два гидротормоза. Изобретение позволяет снизить нагрузку на ракету при нахождении на стартовом столе и на начальном участке полета. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам отвода коммуникаций с разъемными соединениями от борта ракеты, и может быть использовано в стартовых ракетно-космических комплексах.
Известно устройство по патенту США №3805834, МПК B65G 53/40, содержащее основание, поворотную стойку, систему противовесов и тросовых устройств.
Недостатками устройства являются значительные нагрузки на ракету, пропорциональные массе противовесов, незначительная скорость на начальном участке отвода разъемного соединения вследствие инерционности противовесов, что неизбежно приведет к соударению разъемного соединения с бортом ракеты в случае отвода от стартующей ракеты, неопределенной траектории отвода, что неприемлемо в случае отвода нескольких близко расположенных бортовых соединителей на борту ракеты.
Частично указанные недостатки устранены в устройстве по патенту РФ №2124464, МПК B65G 53/40 (прототип). Устройство состоит из основания, стрелы, вращающейся на оси в вертикальной плоскости, что обеспечивает заданную траекторию отвода разъемного соединения, системы тяг и рычагов, соединяющих разъемные соединения со стрелой, что обеспечивает слежение за перемещением ракеты при ее стоянии на пусковом столе и во время старта ракеты. Стрела с коммуникациями уравновешивается пружинным устройством, установленным между основанием и стрелой, что существенно снижает статические нагрузки на ракету. Отвод стрелы с коммуникациями и разъемным соединением осуществляется пневмоприводом, что улучшает динамику отвода на начальном участке отвода.
Недостатками указанного устройства является следующее.
1. Существенная масса подвижных частей, что требует применения пневмопривода со значительным втягивающим усилием, обеспечивающим необходимую динамику отвода в случае отвода от стартующей ракеты, а значит, передачу соответствующего усилия на ракету, которое может достигать нескольких десятков тысяч ньютонов, что зачастую неприемлемо.
2. Стрела, вращающаяся в вертикальной плоскости и уравновешенная пружинным устройством, ограничивает величину отвода 3-6 метрами, т.к. при дальнейшем увеличении отвода соответственно увеличиваются габариты и масса стрелы, а значит, и величина усилия взведения до недопустимых величин.
3. Система тяг и рычагов не позволяет произвести отвод более одного разъемного соединения.
4. В связи с тем, что в устройстве отвода отсутствуют управляемые исполнительные устройства и отвод производится по факту расстыковки разъемного соединения, провести, при необходимости, корректировку динамики отвода возможно только увеличением или уменьшением усилия взведения, поэтому для парирования возможных неучтенных факторов, влияющих на динамику отвода, необходимо заведомо увеличивать усилие взведения на 20-30%, что соответственно приводит к необоснованному увеличению нагрузок на ракету.
Задачами настоящего изобретения являются снижение нагрузок на ракету при стоянии ее на стартовом столе и на начальном участке полета ракеты, где ее устойчивость минимальна, увеличение отвода разъемного соединения от РКН без увеличения нагрузок на ракету, обеспечение возможности одновременного отвода нескольких разъемных соединений и обеспечение возможности корректировки процесса отвода без увеличения нагрузок на ракету.
В соответствии с изобретением поставленные задачи достигаются тем, что:
- стрела установлена с возможностью поворота в горизонтальной плоскости относительно основания и в подведенном к разъемным соединениям положении жестко зафиксирована управляемым замком относительно основания, на конце стрелы на вертикально расположенных осях шарнирно установлены две рамы, соединенные балкой в виде параллелограмма, при этом между одной из рам и стрелой установлен пневмопривод, связанный с источником сжатого газа через управляемый пневмоклапан, а на балке шарнирно закреплено равноплечее коромысло, на котором размещены подпружиненные тяги, предназначенные для сочленения с разъемными соединениями;
- внутри штока привода стрелы через направляющую установлен второй шток с поршнем, при этом поршень второго штока выполнен со смещением относительно направляющей для обеспечения ресиверной полости необходимого объема, причем ход второго штока в 2-3 раза меньше первого, а на цилиндре привода стрелы симметрично установлены два гидротормоза, штоки которых соединены через траверсу с первым штоком привода стрелы;
- на цилиндре пневмопривода, размещенного между рамой и стрелой, герметично установлен кожух, образующий ресиверную полость, которая через трубопровод и управляемый нормально закрытый пневмоклапан соединена с внутренней рабочей полостью пневмопривода;
- управляющая команда на открытие замка и пневмоклапана подается одновременно с командой на расфиксацию разъемных соединений;
- управляющая команда на открытие замка и пневмоклапана подается раньше команды на расфиксацию разъемных соединений, при этом интервал времени между этими командами определяется по формуле:
Δt≥tз.пн., где
Δt - интервал времени от подачи управляющей команды на раскрытие замка и пневмоклапана до подачи команды на расфиксацию разъемных соединений;
tз.пн. - время, необходимое для заполнения пневмопривода после открытия пневмоклапана до избыточного давления, при котором начинается движение штока.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены:
фиг.1 - вид сверху заявляемого устройства отвода коммуникаций с разъемными соединениями,
фиг.2 - общий вид пневмопривода стрелы,
фиг.3 - общий вид привода следящей системы,
фиг.4 - схема управления процессом отвода.
Заявляемое устройство отвода коммуникаций с разъемными соединениями состоит из основания 1, крепящегося к кабель-заправочной башне 2 стартового комплекса, стрелы 3, шарнирно установленной на основании 1 с возможностью поворота в горизонтальной плоскости на оси 4, замка 5, для фиксации стрелы в исходном (подведенном) положении относительно основания 1.
На конце стрелы 3 размещена следящая система, обеспечивающая связь стрелы с разъемными соединениями 6 и 7, установленными на борту ракеты 8.
Следящая система состоит из передней и задней рам 9, 10, соединенных на конце балкой 11 и образующих параллелограмм, шарнирно установленный на осях, закрепленных на конце стрелы 3. К балке 11 шарнирно крепится коромысло 12, которое через малые коромысла 13 и тяги 14 соединяется с разъемными соединениями.
Между рамой 9 и стрелой 3 установлены пневмопривод 15 следящей системы и гидротормоз 16. Между стрелой 3 и основанием 1 установлен пневмопривод стрелы 17. Ограничителем стрелы 3 в отведенном положении является пружинный буфер 18.
Привод стрелы представлен на фиг.2 и состоит из цилиндра 19, с одного конца заглушенного проушиной 20, с помощью которой пневмопривод крепится к основанию устройства отвода. Внутри цилиндра 19 перемещается шток с поршнем 21, во внутренней полости штока 21 перемещается шток 22 с поршнем 23, причем поршень 23 выполнен со смещением от направляющей штока 22, для создания ресиверной полости А необходимого объема. Суммарное перемещение штоков 21 и 22 обеспечивает отвод стрелы на заданную величину, при этом ход штока 22 меньше в 2-3 раза хода штока 21.
Сжатый воздух подается в рабочие полости цилиндров через штуцеры 24 и 25 по раздельным магистралям, давление сжатого воздуха определяется исходя из требуемой динамики отвода стрелы, при этом усилие на штоке 21 должно быть на 10-15% меньше усилия на штоке 22.
Хомутами 26 и 27 к цилиндру 19 крепятся два гидротормоза 28, состоящие из цилиндра 29, веретена 30, штока с поршнем 31. Штоки 31 через траверсу 32 соединяются со штоком 21 пневмоцилиндрами.
Излишки гидравлической жидкости при втягивании штоков 31 гидротормозов 28 перетекают в бак 33.
Пневмопривод соединяется со стрелой устройства отвода посредством проушины 34, навинченной на шток 22.
Пневмопривод следящей системы представлен на фиг.3 и состоит из цилиндра 35, штока с поршнем 36 направляющей 37. Пневмопривод соединяется со стрелой посредством проушины 38, а с передней рамой следящей системы - проушиной 39. Рабочая полость пневмопривода увеличена за счет кожуха 40, надетого на цилиндр 35. Образовавшаяся полость через трубопровод 41 и пневмоклапан 42 соединяется с полостью Б пневмопривода. Подача сжатого воздуха осуществляется через штуцер 43.
Схема управления процессом отвода представлена на фиг.4.
Управление отводом коммуникаций с разъемными соединениями осуществляется бортовой 45 и наземной 46 системами управления ракетой по сигналу, формируемому контактом подъема 44. Команды на отвод выдаются по трем каналам: по одному каналу подается команда на открытие замка стрелы 5, по второму каналу - на открытие пневмоклапана 42 пневмопривода следящей системы, а по третьему - команда на пирозамки разъемных соединений ракеты. При такой схеме управления становится возможным управлять процессом отвода путем установки оптимального времени выдачи команд на исполнительные устройства, а также появляется возможность корректировки этого времени в процессе отладки, испытаний и эксплуатации.
Устройство отвода подсоединяется к разъемным соединениям следующим образом. При отведенной в сторону основания устройства отвода следящей системе подводится стрела 3 (фиг.1) к замку стрелы 5 и фиксируется им. Затем подводится к разъемным соединениям ракеты следящая система и тяги 14 соединяются с разъемными соединениями 6 и 7.
Перед пуском ракеты за 10-20 минут в штуцеры пневмоприводов по трем раздельным магистралям подается сжатый воздух необходимого давления, при этом пневмопривод стрелы 17 взводится и передает усилие на зафиксированную стрелу, равное усилию, развиваемую штоком 22 (фиг.2).
Поданный сжатый воздух в пневмопривод следящей системы отсечен от полости Б (фиг.3) закрытым пневмоклапаном 42, в результате чего при слежении за ракетой во время стояния на стартовом столе и на начальном участке полета шток с поршнем 36 свободно перемещается в цилиндре 35, тем самым обеспечивает слежение за перемещениями ракеты без передачи усилия на нее. Таким образом, на ракету передается только усилие от сил трения в шарнирах, пневмоприводе и гидротормозе следящей системы и сил сопротивления гибких элементов коммуникаций.
Отвод коммуникаций с разъемными соединениями осуществляется по командам автоматизированной системы управления, которая выдает команды по заданной циклограмме на открытие замка стрелы 5 (фиг.1) и открытие клапана пневмопривода следящей системы 15 и на одновременную расстыковку разъемных соединений ракеты.
За счет значительно меньшей массы следящей системы, под действием сжатого воздуха, поданного в полость Б (фиг.3) при открытии пневмоклапана 42, первой начинает перемещаться от ракеты следящая система, затем, преодолев инерционность, начинает двигаться стрела, под действием усилия, развиваемого штоком 22 (фиг.2). При контакте проушины 34 с траверсой 32 начинает двигаться шток 21 совместно со штоками 31 гидротормозов 28. Дальнейшая динамика отвода стрелы определяется заданными характеристиками гидротормозов.
В конце отвода стрелы непогашенная кинетическая энергия движущихся частей гасится пружинным буфером 18 (фиг.1).
Заложенные в конструкцию заявляемого устройства отвода технические решения обеспечивают отвод коммуникаций с несколькими разъемными соединениями от стартующей ракеты на начальном участке полета без соударения с ней, полностью исключается передача усилия от взведенных пневмоприводов на ракету, при этом достигнута возможность управления процессом отвода за счет введения управляемых исполнительных устройств, что позволяет производить отвод по оптимальной циклограмме и, при необходимости, производить ее корректировку.
В соответствии с заявляемым изобретением в настоящее время разработаны и изготовлены два устройства отвода. Одно устройство обеспечивает отвод двух разъемных соединений, а второе - трех. Проведенные расчеты и испытания на заводе-изготовителе подтвердили эффективность и возможность получения при осуществлении изобретения вышеупомянутого технического результата.
1. Устройство отвода коммуникаций с разъемными соединениями, содержащее основание, шарнирно закрепленную на нем стрелу, привод стрелы, а также систему тяг и рычагов для соединения с разъемным соединением, отличающееся тем, что стрела установлена с возможностью поворота в горизонтальной плоскости относительно основания и в подведенном к разъемным соединениям положении жестко зафиксирована управляемым замком относительно основания, на конце стрелы на вертикально расположенных осях шарнирно установлены две рамы, соединенные балкой в виде параллелограмма, при этом между одной из рам и стрелой установлен пневмопривод, связанный с источником сжатого газа через управляемый пневмоклапан, а на балке шарнирно закреплено равноплечее коромысло, на котором размещены подпружиненные тяги, предназначенные для сочленения с разъемными соединениями.
2. Устройство отвода коммуникаций с разъемными соединениями по п.1, отличающееся тем, что внутри штока привода стрелы через направляющую установлен второй шток с поршнем, при этом поршень второго штока выполнен со смещением относительно направляющей для обеспечения ресиверной полости необходимого объема, причем ход второго штока в 2-3 раза меньше первого, а на цилиндре привода стрелы симметрично установлены два гидротормоза, штоки которых соединены через траверсу с первым штоком привода стрелы.
3. Устройство отвода коммуникаций с разъемными соединениями по п.1, отличающееся тем, что на цилиндре пневмопривода, размещенного между рамой и стрелой, герметично установлен кожух, образующий ресиверную полость, которая через трубопровод и управляемый нормально закрытый пневмоклапан соединена с внутренней рабочей полостью пневмопривода.
