УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ И ПОСЛЕДУЮЩЕГО РАЗДЕЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ
DEVICE FOR CONNECTION AND SUBSEQUENT SEPARATION OF STRUCTURAL ELEMENTS

Изобретение относится к военной технике, а именно к устройствам соединения с последующим разделением в ракетных и авиационных боеприпасах, работающих в условиях вибрационных и линейных воздействиях, а также может быть использовано в космических кораблях и их частях, нефтяной и других отраслях промышленности, где необходимо соединение с мгновенным дистанционным разделением элементов конструкций.
В настоящее время имеется большое количество различных устройств для соединения и последующего разделения элементов конструкций, имеющих, как правило, узкое целевое назначение. Разработка специальных пиротехнических устройств достаточно трудоемка и связана с существенными материальными затратами.
Известно устройство для разделения элементов конструкции (RU 2378607 С1, МПК: F42B 3/00 (2006.01), B64G 1/64 (2006.01), F42B 15/36 (2006.01), опубл. 10.01.2010), содержащее разрывной болт с установленными в нем пиротехническими средствами. Данное техническое решение обладает высокой надежностью разделения. Однако устройство ограничивается применением только для малых (осевых) нагрузок, действующих на него в осевом направлении (осевой нагрузки), так как в случае большой осевой нагрузки значительно увеличиваются габариты и вес этого устройства. Для того чтобы выполнить известное устройство с большой осевой нагрузкой требуется увеличить площадь спаянных поверхностей. Кроме того спаянный шов под нагрузкой обладает малым гарантийным сроком работоспособности.
1
Также известно устройство соединения разделяемых элементов летательного аппарата, содержащее стыковочный фитинг и отделяемый фитинг. Фитинги расположены по плоскости стыка, в сквозные отверстия которых установлен пироболт с крепежной гайкой и плоской шайбой. Устройство дополнительно снабжено изогнутой пластиной. Один конец пластины жестко закреплен на отделяемом фитинге посредством узла фиксации, а другой контактирует с крепежной гайкой и выполнен с отверстием, через которое пропущена резьбовая часть пироболта. Плоская шайба жестко связана с отделяемым фитингом. Пироболт выполнен в двух диаметрах d>d с уступом, размещенным между плоскостью стыка и плоской шайбой, с возможностью взаимодействия указанного уступа с плоской шайбой в процессе срабатывания.
Основным недостатком такого устройства является образование при срабатывании неуправляемо разлетающихся осколков и высоких ударных нагрузок, возникающих в результате воздействия газов высокого давления. Осколки возникают в связи с тем, что при срабатывании взрывчатого вещества, корпус пироболта раздувается, и стенки его разрушаются по всей высоте заряда взрывчатого вещества, как в продольном, так и поперечном направлениях. Результатом срабатывания взрывчатого вещества также является воздействие ударных нагрузок на элементы разделяемой конструкции. Эти физические явления приводят к нарушению работоспособности приборов и других конструкций, расположенных вблизи устройства.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для соединения и последующего разделения элементов конструкции, принятое за прототип, описанное в патенте РФ №2194944, МПК: F42B 15/38, F42B 15/38, B64G 1/64, F26F 3/02, опубл. 20.12.2002. Устройство для разделения элементов конструкции состоит из стыковочного и отделяемого элементов конструкции, соединенных между собой посредством разрывного болта с инициатором. Известное устройство содержит большое количество деталей, что приводит к его утяжелению, сложности изготовления и недостаточной надежности. Основным недостатком этого устройств является образование при срабатывании разрывного болта неуправляемо разлетающихся осколков, и возможность вылета головной части разрывного болта из посадочного места, а также несрабатывания разрывного болта. Осколки возникают при срабатывании взрывчатого вещества, стержень болта раздувается, и стенки его разрушаются по всей высоте заряда взрывчатого вещества, как в продольном, так и поперечном направлениях.
Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик, а именно создание стойкого к различного рода воздействиям устройства, максимально устраняющего возможность повреждения приборов и окружающих конструкций, с малым временем срабатывания и широким температурным диапазоном эксплуатации от минус 60°С до плюс 100°С, повышение быстродействия с сохранением безопасности при эксплуатации.
Технический результат данного изобретения заключается в снижении ударных перегрузок, устранении образования не организованно летящих осколков, обеспечении термостойкости к широким температурным диапазоном эксплуатации, упрощении конструкции устройства для соединения и последующего разделения элементов конструкции.
Это достигается тем, что в устройстве для соединения и последующего разделения элементов конструкции, состоящем из стыковочного и отделяемого элементов конструкции, соединенных между собой посредством разрывного болта с инициатором, согласно изобретению, в стыковочном элементе конструкции, сопряженном с отделяемым элементом конструкции, выполнено сквозное отверстие с установленным в нем разрывным болтом, корпус которого зафиксирован с помощью планки и винтов и выполнен с глухим отверстием, оснащенным втулкой, выполненной из материала с пределом текучести ниже, чем предел текучести материала корпуса разрывного болта, и центрирующей кассетой из неметаллического материала, в донной части которой установлен заряд взрывчатого вещества и инициатор, с расположенным между ними обтюратором, выполненным из материала с пределом текучести выше, чем предел текучести материала корпуса разрывного болта, при этом сквозное отверстие сопряженного элемента конструкции выполнено с сужением к плоскости разделения.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного технического уровня техники.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень».
Изобретение проиллюстрировано на чертеже, где
1 - стыковочный элемент конструкции;
2 - отделяемый элемент конструкции;
3 - корпус разрывного болта;
4 - инициатор (ЭВ);
5 - втулка;
6 - обтюратор;
7 - центрирующая кассета;
8 - заряд взрывчатого вещества (капсюль детонатор);
9 - планка;
10 - винт.
Устройство для соединения и последующего разделения элементов конструкции состоит из стыковочного 1 и отделяемого 2 элементов конструкции, соединенных между собой посредством разрывного болта. В стыковочном элементе 1 конструкции выполнено сквозное отверстие с сужением к плоскости разделения элементов 1 и 2 конструкции, в котором установлен разрывной болт, корпус 3 которого зафиксирован при помощи планки 9 винтами 10. В корпусе 3 разрывного болта выполнено глухое отверстие, в которое установлена втулка 5 с центрирующей кассетой 7. При этом втулка 5 выполнена из материала с пределом текучести ниже, чем предел текучести материала корпуса 3 разрывного болта, а центрирующая кассета 7 выполнена из неметаллического материала. В донной части центрирующей кассеты 7 установлен заряд взрывчатого вещества 8 и инициатор 4, между которыми расположен обтюратор 6, выполненный из материала с пределом текучести выше, чем предел текучести материала корпуса 3 разрывного болта. Обтюратор 6 выполнен со сквозными отверстиями и предназначен для истечения газообразных продуктов при срабатывании инициатора 4 в направлении приемного торца заряда взрывчатого вещества 8 и препятствующий свободному истечению продуктов от срабатывания заряда взрывчатого вещества 8 в сторону инициатора 4.
Работа устройства для соединения и последующего разделения элементов конструкции осуществляется следующим образом.
В исходном состоянии устройство соединяет элементы конструкции: стыковочный 1 и отделяемый 2. От внешнего источника срабатывает инициатор 4, происходит воспламенение пиротехнических составов. Форс пламени через сквозные отверстия обтюратора 6 попадает на входной торец заряда взрывчатого вещества 8. Происходит срабатывание заряда взрывчатого вещества 8 и образуется ударная детонационная волна, воздействующая на стенки центрирующей кассеты 7 и на обтюратор 6. При этом на обтюраторе 6 образуются кратковременные скачки уплотнения, достаточные по величине, чтобы преградить отток газов в область инициатора 4, т.е. обтюратор 6 работает как газодинамический замок. Этот момент времени достаточен для формирования крутого фронта детонационной волны, что обеспечивает мощный механический импульс, воздействующий на стенки центрирующей кассеты 7 и приводящий к мгновенному разделению корпуса разрывного болта 1, а соответственно и элементов 1 и 2 конструкции.
Примером конкретного выполнения может являться устройство, в котором корпус разрывного болта 1 выполнен металлическим из сплава 45 с покрытием М6.Н3.Х, втулка 5 выполнена из материала с пределом текучести ниже, чем предел текучести материала корпуса 3 разрывного болта из сплава Д16, а центрирующая кассета 7 выполнена из неметаллического материала (пресс материал ДСВ-2-Р-2М).
В качестве инициатора 4 использован двухмостиковый электровоспламенитель с самоотлючением от источника тока. Заряд взрывчатого вещества 8 выполнен из капсюля детонатора А-30-Т.
Работоспособность данного устройства подтверждена экспериментально. Эксперименты проводили при плюс 100°С и минус 60°С в количестве 60 опытов. В результате опытов было установлено, что через 0,1 секунды обеспечивается надежное самоотключение электровоспламенителя от источника тока и разделение корпуса 3 разрывного болта. Получено что нижняя доверительная граница показателя надежности, соответствующей доверительной вероятности 0,8 и 0,9, превышает 0,9995 во всем диапазоне температур.
Использование данного изобретения позволит улучшить эксплуатационные характеристики, а именно создать стойкое к различного рода воздействиям устройство, максимально устраняющего возможность повреждения приборов и окружающих конструкций, уменьшить время срабатывания устройства и расширить температурный диапазон эксплуатации предлагаемого технического решения. Кроме этого, такая конструкция устройства для соединения и последующего разделения элементов конструкции имеет небольшие габариты и вес, несложно в изготовлении и имеет небольшую стоимость.
Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных конструктивных решений и способность обеспечения достижения указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».