Надувное устройство раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа

Полезная модель относится к области космической техники, в частности к проектированию трансформируемых рефлекторов.
Известен патент на надувной рефлектор (WO 036690 А2). Надувной рефлектор включает в себя некоторое количество надувных торов с разными радиусами поперечного сечения, расположенные радиально один внутри другого, чтобы образовать полужесткую конструкцию. Каждый из надувных торов изготовлен из тонкой гибкой газонепроницаемой мембраны. Соседние надувные торы могут быть связаны друг с другом посредством клеевого соединения или свариваться вместе в выбранных местах. Радиоотражающая мембрана прикреплена к передней стороне надувных торов, образуя отражающую поверхность, а формообразующая мембрана прикреплена к задней стороне надувных торов, образую опорную конструкцию. Мембраны прикреплены к торам при помощи клеевого соединения или сварки. Торы надуваются сжатым газом, что придает рефлектору желаемую форму. В рабочем положении рефлектор имеет двойную вогнутую форму. Рефлектор может быть сложен путем сдутия торов. Каждый тор может быть надут отдельно из одного или нескольких источников газа. Наддув обеспечивает достаточную жесткость для обеспечения точности радиоотражающей поверхности в рабочем положении.
Основными недостатками этого устройства являются наличие большого количества торовых элементов, что увеличивает массу выводимого спутника, неравномерность наддува торовых оболочек приводит к уменьшению точности рабочей поверхности рефлектора, наддув газа из нескольких независимых источников уменьшает надежность рефлектора.
Также известен патент на развертываемый крупногабаритный космический рефлектор (RU 2436208 С1).
Рефлектор содержит средство для обеспечения развертывания из транспортного положения в рабочее, а также две зеркально симметричные профилированные сетки, на одной из которых или на каждой закреплен гибкий радиоотражающий элемент. Сетки соединены между собой по их узлам параллельными нитями. Указанное средство выполнено в виде герметичной надувной оболочки из гибкой радиопрозрачной пленки. Оболочка снабжена армирующими элементами для придания ей в наполненном газом состоянии изотензоидной формы. Элементы выполнены в виде нитей, проложенных с наружной стороны оболочки с постоянным шагом по меридиональным линиям. Внутри оболочки расположены пары одинаковых растяжек. Растяжки своими концам прикреплены к нитям на экваториальной линии оболочки. К другим концам растяжек прикреплены своими концами жесткие стойки. Крепление краев двух профилированных сеток осуществлено к противоположным концам стоек.
К недостаткам данного устройства относятся: низкая надежность рефлектора вследствие отсутствия поддержки наддува рефлектора в рабочем положении, либо гарантии постоянства обеспечения формы радиоотражающей поверхности, а также из-за большого числа армирующих элементов, что также повышает вероятность зацепления нитяных элементов за надуваемую оболочку и увеличивает массу рефлектора.
Известен патент US 6373449 B1 на надувную антенную систему, сочетающую фиксированную апертуру с надувной апертурой, которая значительно увеличивает размер рефлектора антенной системы. Надувное кольцо параболического рефлектора размещается под зафиксированной параболической радиоотражающей поверхностью. Умеренное давление газа приводит к развертыванию надувной части, которая образует поверхность рефлектора. После надувания кольцевого обода параболическая поверхность отвердевает при помощи любого отверждающего метода (УФ-излучение, температура).
К недостаткам данного устройства относятся: большие погрешности при обеспечении точной геометрической формы радиоотражающей поверхности рефлектора вследствие надувной силовой конструкции без дополнительных силовых элементов (типа спиц), а также из-за отсутствия контроля жесткостных параметров светоотверждаемого покрытия.
В качестве ближайшего аналога выбрано устройство для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа по патенту RU 191053 U1, МПК H01Q 15/16, B64G 1/22, который принят за прототип полезной модели.
Устройство для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа включает в себя шарнирно закрепленные на основании рефлектора силовые спицы с радиоотражающим сетеполотном и механизм раскрытия рефлектора из транспортировочного положения в рабочее, связанный с каждой силовой спицей. При этом механизм раскрытия представлен торовым полым трансформируемым ободом, расположенным в верхней части силовых спиц рефлектора и включающем в себя гибкие шарниры в виде сквозных отверстий, равномерно расположенных по образующей полого трансформируемого обода. Шарнирно закрепленные на основании рефлектора спицы переводятся в рабочее положение благодаря запасенной энергии деформации обода.
Основными недостатками прототипа являются: низкая жесткость обода, приводящего спицы в рабочее положение, за счет большого количества гибких шарниров в виде сквозных отверстий.
Технической проблемой полезной модели является устранение указанного выше недостатка прототипа.
Для разрабатываемой конструкции надувного устройства для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа и для ближайшего прототипа - устройства для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа по патенту RU 191053 U1 выявлены основные общие существенные признаки, такие как: применение механизма раскрытия на зонтичном типе рефлектора, в рабочее положение спицы приводятся и удерживаются силовым ободом.
Указанная техническая проблема решается тем, что создано надувное устройство для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа, включающее шарнирно закрепленные на основании рефлектора силовые спицы с радиоотражающим сетеполотном, механизм раскрытия рефлектора из транспортировочного положения в рабочее, связанный с каждой силовой спицей. При этом механизм раскрытия представлен торовым полым гибким трансформируемым ободом, расположенным в верхней части силовых спиц рефлектора, и выполненным с возможностью равномерного наддува с помощью источника газа, последующего распрямления обода и приведения силовых спиц в рабочее положение с последующим отверждением обода под действием солнечного света.
Надувное устройство для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа содержит следующие признаки отличительные от прототипа: сам механизм раскрытия представлен торовым полым трансформируемым ободом, расположенным в верхней части силовых спиц рефлектора и выполненным с возможностью равномерного наддува с помощью источника газа, последующего распрямления обода и приведения силовых спиц в рабочее положение с последующим отверждением обода под действием солнечного света. Раскрытие осуществляется путем закачки газа при помощи любого источника газа в торовый обод, который расправляется и приводит спицы в рабочее положение. В раскрытом положении спицы рефлектора удерживаются за счет жесткостных характеристик надутого обода, в конструкции которого используется светоотверждаемое покрытие, которое застывает при приведении рефлектора в рабочее положение и последующем воздействии ультрафиолетового излучения, там самым обеспечивая требуемые жесткостные и прочностные параметры обода рефлектора.
Кроме того, предложенное надувное устройство для раскрытия трансформируемого рефлектора отличается повышенной жесткостью силового обода из-за отсутствия гибких шарнирных соединений в виде сквозных отверстий, что обеспечивает повышенную точность среднеквадратичного отклонения радиоотражающей поверхности рефлектора.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежами, на которых показаны:
на фиг. 1 - общий вид надувного устройства для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа в рабочем положении;
на фиг. 2 - вид спереди надувного устройства для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа в рабочем положении;
на фиг. 3 - общий вид надувного устройства для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа в транспортировочном положении;
на фиг. 4 - общий вид части обода надувного устройства для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа в транспортировочном положении.
На вышеуказанных фигурах изображена конструкция предлагаемого надувного устройства для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа с использованием следующих элементов: 1 - торовый полый трансформируемый надувной обод; конструкция зонтичного рефлектора представлена схематично элементами: 2 - спицами рефлектора, шарнирно закрепленных на 3 - основании рефлектора; 4 - радиоотражающем сетеполотном, параболоидная форма которого определяется формой спиц 2, на которых оно закреплено.
Предложенное устройство конструкции механизма раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа, представленное на фигурах, состоит из следующих элементов:
- торового полого трансформируемого надувного обода 1, со светоотверждающим покрытием, расположенного в верхней части спиц 2 рефлектора; который переводит рефлектор из транспортного положения в рабочее за счет закачки газа из источника в полую герметичную торовую оболочку обода и его последующего распрямления и затвердевания в рабочем положении.
Описанное выше устройство для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа переводит рефлектор из транспортировочного положения в рабочее следующим образом:
В транспортировочном положении надувное устройство для раскрытия рефлектора зонтичного типа представляет собой сложенный гибкий торовый надувной обод, закрепленный в верхней части спиц рефлектора, зафиксированный в таком положении. После вывода целевого спутника на орбиту, рефлектор освобождается от закрепления в сложенном положении. Под действием поступающего газа из газового источника в полую герметичную торовую оболочку обод 1 начинает распрямляться с определенной скоростью, которую обеспечивает равномерный наддув газа. Шарнирно закрепленные на основании 3 рефлектора спицы 2 переводятся в рабочее положение, благодаря жесткой связи с трансформируемым ободом. Закрепленное на спицах зонтичного рефлектора радиоотражающее сетеполотно 4 переводится из транспортного положение в рабочее.
Таким образом, проблема низкой жесткости обода, приводящего спицы в рабочее положение решается путем введения в конструкцию надувного устройства для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа цельного герметичного полого торового обода (устранение большого количества гибких шарниров в виде сквозных отверстий устройства для раскрытия рефлектора), а также проблема устраняется за счет использования светоотверждаемого покрытия для трансформируемого обода, которое при отверждении в рабочем положении под действием солнечного ультрафиолетового излучения обеспечивает дополнительные жесткостные и прочностные характеристики для ободной конструкции.
Техническим результатом полезной модели является создание конструкции надувного устройства для раскрытия трансформируемого рефлектора зонтичного типа с повышенной жесткостью.