Развертываемое тормозное устройство для спуска в атмосфере планет
Владельцы патента RU 2528506:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) (RU)
Изобретение относится к конструкциям, предназначенным для снижения скорости спускаемых космических объектов в атмосфере. Развертываемое тормозное устройство состоит из жесткого лобового экрана, к которому крепится гибкая оболочка, покрытая с внешней стороны гибким теплозащитным чехлом. Внутри гибкой оболочки размещены герметичные эластичные торовые оболочки. На внутренней поверхности жесткого лобового экрана размещены газовые баллоны системы наддува торовых оболочек. Стенки герметичных торовых оболочек имеют внешний герметичный слой и внутренний эластичный слой, который после развертывания и наддува оболочек затвердевает под действием компонентов газовой смеси наддува. Изобретение направлено на повышение динамической устойчивости и надежности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области космической техники, а именно к тормозным конструкциям, предназначенным для снижения скорости спускаемых космических объектов в атмосфере планеты.
Известны развертываемые тормозные устройства спускаемых объектов [Пневматическое тормозное устройство. Сайт Федерального государственного унитарного предприятия НПО им. С.А. Лавочкина // [http://www.laspace.ru/ros/ptu.php.], [http://www.laspace.ru/rus/ptu_future.php]], состоящие из жесткого лобового экрана, эластичных надувных оболочек, образующих каркас, и внешней гибкой оболочки, натянутой на каркас и покрытой гибким теплозащитным чехлом, которые в транспортном положении компактно упакованы и развертываются, перед входом спускаемого аппарата в атмосферу путем заполнения их газом из баллонов, закрепленных на лобовом экране. Недостатками этих тормозного устройства является низкая жесткость тормозной конструкции и, как следствие, ее недостаточная динамическая устойчивость при воздействии набегающего потока, которая может приводить к значительным деформациям гибкой оболочки тормозного устройства, неконтролируемым изменениям его аэродинамической формы и, как следствие, к существенным отклонениям от расчетной траектории спуска, увеличению тепловых и динамических нагрузок. К тем же последствиям приводит разгерметизация хотя бы одной из оболочек.
Известно развертываемое тормозное устройство спускаемого аппарата для спуска в атмосфере планет [Патент РФ №81162 на полезную модель, B64G 1/62 (2006/01). Тормозное устройство для спуска в атмосфере планет / О.М. Алифанов, С.А. Будник, А.В. Нетелев; заявл. 15.10.2008; опубл. 10.03.2009, Бюл. №7], состоящее из жесткого лобового экрана, с закрепленной на нем внешней гибкой оболочкой, покрытой теплозащитным чехлом, натянутой на каркас, образованный гибкими торовыми оболочками, закрепленных на лобовом экране баллонов с газом, пеногенератора и емкости с пенообразующими реагентами для пеногенератора, выход которого соединен системой гибких магистралей и запорно-регулирующей арматуры с эластичными торовыми оболочкам, которые при развертывании, перед входом в атмосферу, заполняются быстрозатвердевающей пеной, производимой пеногенератором, образуя жесткий каркас. Недостатком этого тормозного устройства является большая относительная масса конструкции наполненного пеной каркаса и сложность системы распределения пены по оболочкам.
Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является развертываемое тормозное устройство [Detlef Wilde, Stephan Walther, Konstantin Pitchadze, Sergej Alexsaschkin, Dietrich Vennemann, Lionel Marraffa, 2 nd International Symposium of Atmospheric Reentry Vehicles and Systems Arcachon, France, 26-29 March 2001, pp.1-9], состоящее из жесткого лобового экрана, эластичных герметичных надувных торовых оболочек, образующих каркас, и внешней гибкой оболочки, натянутой на каркас и покрытой гибким теплозащитным чехлом, которые в транспортном положении компактно упакованы и развертываются, перед входом спускаемого аппарата в атмосферу путем заполнения их газом из баллонов, закрепленных на лобовом экране. Недостатками этого тормозного устройства является низкая жесткость тормозной конструкции и, как следствие, ее недостаточная динамическая устойчивость при воздействии набегающего потока, которая может приводить к значительным деформациям гибкой оболочки тормозного устройства, неконтролируемым изменениям его аэродинамической формы и, как следствие, к существенным отклонениям от расчетной траектории спуска, увеличению тепловых и динамических нагрузок. К тем же последствиям приводит разгерметизация хотя бы одной из торовых оболочек.
Указанное устройство принято в качестве прототипа.
Целью предлагаемого изобретения является повышение прочности и жесткости конструкции развертываемого тормозного устройства, и, как следствие, повышение его динамической устойчивости и надежности при небольшой относительной массе конструкции.
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом развертываемом тормозном устройстве для спуска в атмосфере планет, содержащем жесткий лобовой экран с закрепленной на нем внешней гибкой оболочкой, покрытой теплозащитным чехлом, натянутой на каркас, образованный герметичными торовыми оболочками, соединенными с закрепленными на лобовом экране баллонами с газовой смесью, согласно заявляемому изобретению герметичные торовые оболочки имеют внутренний слой из эластичного материала, затвердевающего под воздействием компонентов газовой смеси, содержащейся в баллонах. Внутренний эластичный слой торовых оболочек может состоять из одного слоя полимерной смолы, покрытой защитным слоем из газопроницаемого материала, предотвращающим слипание оболочек, или из по крайней мере одного слоя эластичного композиционного материала на основе армирующей сетки или ткани, пропитанной синтетической смолой.
Применение в конструкции развертываемого тормозного устройства затвердевающего внутреннего слоя гибких оболочек позволяет, после их наполнения газом, создать твердый каркас, который увеличивает прочность и жесткость разворачиваемого тормозного устройства, и, как следствие, повышает его динамическую устойчивость и надежность при небольшой относительной массе конструкции.
На фиг.1 изображено развертываемое тормозное устройство в развернутом (рабочем) положении.
На фиг.2 изображено тормозное устройство в свернутом (транспортном) положении.
Предлагаемое развертываемое тормозное устройство (фиг.1) состоит из жесткого лобового экрана 1, к которому крепится гибкая оболочка 2, покрытая с внешней стороны гибким теплозащитным чехлом 3. Внутри гибкой оболочки 2 размещаются герметичные эластичные торовые оболочки 4. На внутренней поверхности жесткого лобового экрана 1 размещены газовые баллоны 5 системы наддува торовых оболочек 4. Стенки герметичных торовых оболочек 4 имеют внешний герметичный слой 6 и внутренний эластичный слой 7.
Развертываемое тормозное устройство работает следующим образом. В транспортном положении (фиг.2) эластичные торовые оболочки 4 и гибкая оболочка 2 с защитным чехлом 3 свернуты и компактно упакованы вокруг области полезной нагрузки 1 и закреплены на лобовом экране 1. Перед началом спуска космического объекта газовая смесь из баллонов 5 подается в эластичные торовые оболочки 4. Наполняемые газовой смесью эластичные торовые оболочки 4 занимают объем гибкой оболочки 2 с защитным чехлом 3. Внутренний слой 7 торовых оболочек 4 после их развертывания и наполнения газовой смесью затвердевает под воздействием компонентов газовой смеси наддува. После чего торовые оболочки образуют жесткий каркас.
Внутренний слой 7 торовых оболочек 4 может быть выполнен из полимерной смолы (например, полиуретановой смолы), быстротвердеющей под действием компонентов газовой смеси после заполнения оболочек газом, и внутреннего защитного слоя из эластичного газопроницаемого материала, предотвращающего слипание оболочек в свернутом положении.
В другом случае на внешнем герметичном слое 6 стенок торовых оболочек 4 с внутренней стороны закреплен один или несколько слоев эластичного композиционного материала на основе армирующей сетки или ткани, пропитанной синтетической смолой, отверждаемой под воздействием компонентов газовой смеси, используемой для наддува оболочки (например, материала типа Scotchcast Plus на основе сетки из стекловолокна и полиуретановой смолы [Полимерные иммобилизирующие материалы. Католог продукции для иммобилизации на сайте компании 3М // [http://www.3mrussia.ru]] или композиционного материала типа Intrarich Cast на основе армирующей ткани из полиэфирного волокна и полиуретановой смолы) [Сайт компании Intraros Co., Ltd. // [http://www.intraros.ru/ortopediya/intrarich-cast]].
Развернутое тормозное устройство приобретает форму затупленного конуса и готово для выполнения функции торможения спускаемого объекта в атмосфере планеты.
Полезная нагрузка спускаемого объекта размещается в области 8 над жестким лобовым экраном 1 и крепится к нему.
Предлагаемое устройство может применяться для спуска в атмосфере Земли полезных нагрузок орбитальных космических аппаратов (например, контейнеров с образцами и материалами научных и технологических экспериментов), отработавших космических аппаратов, разгонных блоков, элементов конструкций и приборов; возвращаемых модулей планетарных исследовательских зондов; пилотируемых космических кораблей; членов экипажей космических кораблей и орбитальных станций в штатном или аварийном режимах, а также для решения тех же задач при спуске в атмосфере других планет.
Перечень использованной литературы
1. Пневматическое тормозное устройство. Сайт Федерального государственного унитарного предприятия НПО им. С.А. Лавочкина // [http://www.laspace.ru/rus/ptu.php.]. [http://www.laspace.ru/rus/ptu_future.php]
2. Патент РФ №81162 на полезную модель, B64G 1/62 (2006/01). Тормозное устройство для спуска в атмосфере планет / О.М. Алифанов, С.А. Будник, А.В. Нетелев; заявл. 15.10.2008; опубл. 10.03.2009, Бюл. №7.
3. Detlef Wilde, Stephan Walther, Konstantin Pitchadze, Sergej Alexsaschkin, Dietrich Vennemann, Lionel Marraffa, 2 nd International Symposium of Atmospheric Reentry Vehicles and Systems Arcachon, France, 26-29 March 2001. pp.1-9.
4. Полимерные иммобилизирующие материалы. Католог продукции для иммобилизации на сайте компании 3M // [http://www.3mrussia.ru]
5. Сайт компании Intraros Co., Ltd. // [http://www.intraros.ru/ortopediya/intrarich-cast]
1. Развертываемое тормозное устройство для спуска в атмосфере планет, содержащее жесткий лобовой экран с закрепленной на нем внешней гибкой оболочкой, покрытой теплозащитным чехлом, натянутой на каркас, образованный герметичными торовыми оболочками, соединенными с баллонами с газовой смесью, закрепленными на лобовом экране, отличающееся тем, что герметичные торовые оболочки имеют внутренний слой из эластичного материала, затвердевающего под воздействием компонентов газовой смеси, содержащейся в баллонах.
2. Развертываемое тормозное устройство для спуска в атмосфере планет по п.1, отличающееся тем, что внутренний эластичный слой торовых оболочек состоит из слоя полимерной смолы, покрытой защитным слоем из газопроницаемого материала, предотвращающим слипание оболочек.
3. Развертываемое тормозное устройство для спуска в атмосфере планет по п.1, отличающееся тем, что внутренний эластичный слой торовых оболочек состоит из по крайней мере одного слоя эластичного композиционного материала на основе армирующей сетки или ткани, пропитанной синтетической смолой.
