Адаптер в виде конической оболочки вращения из композиционных материалов

Техническое решение относится к аэрокосмической технике, в частности, к оболочечным конструкциям и может быть использовано в конструкциях корпусов или отсеков-адаптеров летательных аппаратов, применяемых в ракето-космической отрасли.
Известен держатель для пары космических аппаратов, размещенных рядом на ракете-носителе (RU 2288866 от 23.01.2001), содержащий корпус, включающий нижнюю и пару верхних, в основном конических, опорных частей, при этом верхние конические опорные части образуют пару отдельно расположенных, в основном рядом, конических опорных элементов для поддерживания пары независимых космических аппаратов, а указанная нижняя часть корпуса держателя выполнена с возможностью соединения с ракетой-носителем так, что корпус держателя поддерживает указанные космические аппараты над ракетой-носителем рядом друг с другом, при этом держатель дополнительно содержит, по меньшей мере, один конический корпус адаптера, выполненный с возможностью крепления к одной из указанных верхних опорных частей с образованием удлинения данной верхней опорной части и обеспечением возможности присоединения к указанной верхней опорной части стыковочного кольца стандартного диаметра.
Известен адаптер, используемый для вывода полезной нагрузки на ракетоносителе ARIAN-5 (Ariane 5 User's Manual, Issue 5, Revision 2, 2016. [Электронный ресурс]. URL: http://www.arianespace.com/wp-content/uploads/2011/07/Ariane5_Users-Manual_October2016.pdf (дата обращения: 02.02.2018)), состоящий из композитной нижней конической оболочки, закрепленной с помощью болтового соединения на опорной плоскости монолитного алюминиевого верхнего конуса, служащего для закрепления полезной нагрузки.
Известен адаптер, используемый для вывода полезной нагрузки на ракетоносителе VEGA (Vega User's Manual, Issue 4, Revision 0, 2014. [Электронный ресурс]. URL: http://www.arianespace.com/wp-content/uploads/2015/09/Vega-Users-Manual_Issue-04_April-2014.pdf (дата обращения: 02.02.2018)), состоящий из конической оболочки, выполненной в виде монолитной структуры из углепластикового волокна, нижнего кольца для установки на ракето-носитель и верхнего кольца для установки полезной нагрузкой.
Данные аналоги обладают большой массой за счет использования монолитных конструкций для обеспечения интерфейсов адаптера с космическим аппаратом и ракето-носителем.
Известен адаптер оболочечного типа (CN 201010254971 от 17.08.2010), применяющийся для переноса нагрузки между спутником и ракето-носителем, характеризующийся тем, что содержит усеченную коническую конструкцию, на верхней части которой с помощью заклепочного соединения установлен верхний концевой шпангоут, на верхнем концевом шпангоуте сформирована плоскость для контакта поверхностей и установки зажимного блока, позволяющая осуществить монтаж со спутником или ракето-носителем, на нижней части усеченной конической конструкции установлен с помощью заклепочного соединения нижний концевой шпангоут, который служит для обеспечения транспортировки спутника, верхний и нижний концевые шпангоуты соединяются воедино с помощью оболочки, которая служит для переноса нагрузки, передающейся ракето-носителю от спутника.
Данный адаптер выбран в качестве ближайшего аналога - прототипа.
Недостатком прототипа является большая масса в связи с применением верхнего и нижнего концевых шпангоутов, выполненных в виде монолитной конструкции, а также невозможность проведения работ внутри адаптера из-за отсутствия в конструкции вырезов, что влечет за собой не использование внутреннего пространства адаптера.
Основной задачей технического решения является создание адаптера в виде конической оболочки вращения из композиционных материалов, имеющего малую массу и обеспечивающего локальный интерфейс между космическим аппаратом и ракето-носителем, а также с возможностью использования внутреннего пространства адаптера.
Техническим результатом данного технического решения является снижение массы адаптера с одновременным осуществлением локального интерфейса между космическим аппаратом и ракето-носителем и обеспечением жесткостных и прочностных характеристик.
Поставленная задача решается благодаря тому, что адаптер в виде конической оболочки вращения, применяющийся для передачи нагрузки между космическим аппаратом и ракето-носителем, включающий в себя усеченную коническую конструкцию, верхний концевой шпангоут и нижний концевой шпангоут, скрепленные с усеченной конической конструкцией с помощью заклепочного соединения, характеризующийся тем, что усеченная коническая конструкция представляет собой коническую оболочку вращения, выполненную из скрепленных между собой с помощью полимерного связующего композиционных тканевых заготовок. Верхний концевой шпангоут выполнен с локальными интерфейсными и установочными площадками. Нижний концевой шпангоут выполнен в виде отдельных интерфейсных накладок, имеющих посадочную часть для установки адаптера на ракето-носителе и опорную часть, форма которой принята из условия ее установки на коническую оболочку вращения. А коническая оболочка вращения имеет краевые вырезы между интерфейсными накладками.
Кроме того, предложенное техническое решение характеризуется тем, что для снижения массы и возможности проведения технологических работ внутри адаптера на конической оболочке вращения имеются вырезы.
Кроме того, предложенное техническое решение характеризуется тем, что для оптимального распределения напряжения и обеспечения повышенной жесткости на конической оболочке вращения в местах, где расположены интерфейсные накладки, выполнены усиления за счет увеличения количества слоев композиционных тканевых заготовок.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен адаптер в виде конической оболочки вращения, на фиг. 2 изображено сечение А-А интерфейсной накладки, на фиг. 3 изображен адаптер в виде конической оболочки вращения с выполненными вырезами на конической оболочке вращения в зоне между верхним концевым шпангоутом и интерфейсными накладками, на фиг. 4 изображен адаптер в виде конической оболочки вращения с выполненными вырезами на конической оболочке вращения в зоне верхнего концевого шпангоута, на фиг. 5 изображен адаптер в виде конической оболочки вращения с выполненными вырезами на конической оболочке вращения в зоне верхнего концевого шпангоута и в зоне между верхним концевым шпангоутом и интерфейсными накладками, на фиг. 6 изображен адаптер в виде конической оболочки вращения с выполненными усилениями, на фиг. 7 изображен адаптер в виде конической оболочки вращения с выполненными усилениями и вырезами в зоне верхнего концевого шпангоута.
Адаптер в виде конической оболочки вращения содержит непосредственно коническую оболочку вращения 1, которая состоит из скрепленных между собой с помощью полимерного связующего заготовок, выполненных из композиционной ткани. Заготовки композиционной ткани имеют форму, которая позволяет формировать коническую форму. Направление армирования композиционных волокон в каждой заготовке в зависимости от слоя осуществляется согласно выбранной схеме армирования, которая зависит от значений силовых нагрузок, прилагаемых к адаптеру. Для установки на адаптере космического аппарата 2 в верхней части с помощью заклепочного соединения установлен верхний концевой шпангоут 3, имеющий локальные интерфейсные 4 и установочные 5 площадки. Для установки адаптера на ракето-носителе 6 в нижней части адаптера с помощью заклепочного соединения устанавливаются интерфейсные накладки 7. Интерфейсные накладки 7 состоят из посадочной части 8, имеющей посадочные отверстия для закрепления адаптера на ракетоносителе и опорной части 9. Конструкция опорной части 9 повторяет конфигурацию конической оболочки вращения 1 и обеспечивает технологичность установки интерфейсных накладок 7. При этом для осуществления локального интерфейса на конической оболочке вращения 1 между интерфейсными накладками 7 выполнены краевые вырезы 10. Выполнение данных вырезов объясняется тем, что зоны на конической оболочке вращения между интерфейсными накладками 7 являются малонагруженными, и материал в этой области может быть удален.
Конструкции верхнего концевого шпангоута и интерфейсных накладок, а также краевые вырезы на конической оболочке вращения обеспечивают локальные интерфейсы между космическим аппаратом и ракето-носителем, что снижает массу адаптера в целом, при этом позволяет эффективно передавать нагрузки с космического аппарата на ракето-носитель.
Кроме того, вырезы 11, реализованные на конической оболочке вращения в зонах между верхним кольцевым шпангоутом и интерфейсными накладками позволяют не только дополнительно снизить массу, но и проводить работы внутри адаптера на всех этапах сборки, что делает возможным использование внутреннего пространства адаптера.
При увеличении нагрузки, прикладываемой к адаптеру, повышение жесткостных и прочностных характеристик реализуется с помощью усилений 12, что обеспечивает надежность закрепления космического аппарата на ракетоносителе.