СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ УСТРОЙСТВ ОТДЕЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
SPACE APPARATUS SEPARATION DEVICES TEST BENCH

Изобретение относится к космической технике, а конкретно к стендам для испытаний устройств отделения (УО) космических аппаратов (КА) с целью определения кинематических параметров разделяемых частей КА (линейных и угловых скоростей) и виброударных нагрузок на аппаратуру КА от работы УО, а также подтверждения безударности расхождения разделившихся частей конструкции КА.
Разбросы временных характеристик срабатывания отдельных элементов УО (пирозамков, пироболтов, толкателей и т.д.) в совокупности с разбросом их конструктивных характеристик (разнотолкаемости, разноходовости толкателей) и допусками на определение масс, центровок и моментов инерции разделяемых частей КА влияют на конечный результат процесса разделения - линейные и угловые скорости разделяемых частей КА.
На практике отработка УО и подтверждение выполнения заданных требований осуществляется проведением комплексных испытаний на экспериментальных установках. При этом, степень совпадения экспериментальных и натурных значений параметров напрямую зависит от максимального приближения условий в которых производится экспериментальная отработка СО к натурным условиям (имитация невесомости при разделении КА в наземных условиях).
Известны стенды, обеспечивающие в ходе испытаний определение основных кинематических и динамических параметров разделения при воздействии на разделяемые части КА как внешних сил, так и сил от работы УО (см. К.С.Колесников, В.И.Козлов, В.В.Кокушкин «Динамика разделения ступеней летательных аппаратов», М.: Машиностроение, 1977 г., стр.211-212).
Стенд, схема которого представлена на рис.7.1, стр.211, представляет собой подвешенные на длинных тросах макеты разделяемых частей КА. Макеты соединены испытуемым (штатным) УО и соответствуют по массе, центровке и моментам инерции штатной конструкции КА. Тросы подвески закреплены на макетах через трехстепенные карданные узлы, размещенные в центре масс макетов.
При реализации данной схемы имитируется невесомость в процессе разделения КА. Однако, наличие тросов (маятниковый эффект и вращение свободно подвешенного на нем тела), а также влияние сил трения в карданном узле вносят значительную погрешность определения параметров движения (~20%). Процент погрешности значительно возрастает с уменьшением массовых и инерционных характеристик макетов разделяемых частей КА.
Если требуется исследовать процесс разделения двух тел одно из которых имеет массовые и инерционные характеристики на несколько порядков меньше другого (например, в случае отделения попутно выводимых на орбиту малых космических аппаратов), испытания проводятся на стенде схема которого представлена на рис.7.3 (прототип, см. К.С. Колесников, В.И. Козлов, В.В. Кокушкин «Динамика разделения ступеней летательных аппаратов». М.: Машиностроение, 1977 г., стр.212) Известный стенд оснащен технологической подставкой, на которой неподвижно установлен имитатор КА, макетом отделяемого малого космического аппарата (МКА) и устройством улавливания МКА, выполненного в виде натянутой сетки или брезента.
Такая конструкция стенда исключает влияние тросовой подвески на процесс разделения. Однако после разрыва связи между разделяемыми частями (срабатывание замков), макет МКА движется под действием толкателей, обеспечивающих заданную скорость отделения, при этом макет МКА своим весом создает на толкатели поперечную нагрузку, увеличивающую, тем самым, силу трения в толкателях, что вносит погрешность определения параметров движения.
Кроме того, возможности данного стенда не позволяют решить одну из задач испытаний: проверка безударности расхождения КА и МКА при разделении, что влияет на конечные результаты процесса разделения.
Технической задачей изобретения является создание стенда для испытаний устройств отделения КА с повышенной степенью приближения наземных условий испытаний к натурным условиям за счет исключения влияния веса макета на участке работы толкателей УО и расширение возможностей стенда с целью подтверждения безударности расхождения разделяющихся частей КА.
Поставленная задача решается тем, что в известном стенде для испытаний устройств отделения космических аппаратов, содержащем установленный имитатор основного космического аппарата и макет отделяемого космического аппарата, соответствующий штатному по массе, центровке, моментам инерции, состыкованных посредством штатного устройства отделения, устройство улавливания макета отделяемого космического аппарата, регистратор параметров движения макета отделяемого космического аппарата, имитатор основного космического аппарата представляет собой закрепленную на опоре раму с вертикальными направляющими под каретку, которая в исходном положении соединена с рамой в верхней ее части посредством разрывного узла, электрически связанного с наземным пультом управления, при этом стенд снабжен устройством выдачи команды на отделение, выполненное в виде поворотного рычага шарнирно установленного на каретке, с одной стороны взаимодействующего с кулачком, жестко установленным на раме, с другой с концевым контактом, размещенным на каретке и электрически связанным с устройством отделения с закрепленным макетом отделяемого космического аппарата, донная часть которого в исходном положении по внешним обводам расположена в устройстве отделения, причем на каретке жестко закреплен захват, взаимодействующий с амортизатором, установленным на раме, причем стенд имеет фиксатор конечного положения и представляет собой защелку, жестко закрепленную на каретке, взаимодействующую с гребенкой неподвижно закрепленной на раме.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлена принципиальная схема стенда; на Фиг.2 показан вид А с Фиг.1 - верхняя часть стенда; на Фиг.3 показан вид Б-Б с Фиг.2 - разрывной узел крепления каретки к раме стенда; на Фиг.4 показан вид В с Фиг.1 - устройство выдачи команды на отделение макета отделяемого космического аппарата от каретки; на Фиг.5 показан вид Г с Фиг.1 - устройство амортизации и фиксации каретки.
Стенд содержит имитатор основного космического аппарата, включающий раму 1, закрепленную на опоре (стене) 2 и состоящую из вертикальных направляющих 3 с перемещающейся по ним на роликах 4 кареткой 5. На каретке 5 установлен, посредством испытуемого устройства отделения 6, макет отделяемого космического аппарата 7, который соответствует штатному отделяемому элементу конструкции по массе, центровке, моментам инерции и внешним обводам донной части 8, которая в исходном положении заглублена в УО 6. На макете отделяемого космического аппарата 7 нанесено раскраской положение его центра тяжести (ц.т.).
В исходном положении каретка 5 соединена с конструкцией верхней части рамы 1 посредством разрывного узла 9, выполненного в виде разрезной втулки 10 и пироболта 11, электрически связанного с наземным пультом управления (на чертеже не показан).
Устройство выдачи команды на отделение макета отделяемого космического аппарата 7 (МКА) состоит из поворотного рычага 12 шарнирно установленного на каретке, с одной стороны взаимодействующего с кулачком 13, жестко установленного на раме, с другой с концевым контактом 14, размещенным на каретке и электрически связанным с устройством отделения 6.
Стенд оснащен захватом 15, жестко закрепленным на каретке и взаимодействующим с амортизатором 16, выполненным в виде жгута и закрепленным на раме, а также фиксатором конечного положения каретки, представляющий собой защелку 17, установленную на каретке 5 и взаимодействующую с гребенкой 18, закрепленной на раме 1.
Отделившийся макет отделяемого космического аппарата 7 улавливается устройством 19, состоящим из натянутой сетки или брезента.
После срабатывания пироболта 11 (начало эксперимента), каретка 5 с установленными на ней УО 6 и макетом отделяемого космического аппарата 7 начинают свободно перемещаться (падать) по направляющим 3 рамы 1 под действием силы тяжести. Нажатием поворотного рычага 12, взаимодействующего с кулачком 13, на шток концевого контакта 14, электрическая цепь замыкается и выдается команда на исполнительные элементы УО 6 и макет отделяемого космического аппарата 7 отделяется от каретки 5.
После отделения макет отделяемого космического аппарата 7 движется свободно до встречи с преградой устройства улавливания 19, а каретка 5 взаимодействуя посредством захвата 15 с амортизатором 16, останавливается и фиксируется в конечном положении с помощью защелки 17 и гребенки 18.
Регистрация параметров движения макета отделяемого космического аппарата 7 осуществляется с помощью киносъемки или аппаратуры автономной системы регистрации (на чертеже не показаны).
Предложенная конструкция стенда для испытаний устройств отделения КА обладает повышенной степенью приближения наземных условий к натурным условиям. Исключается погрешность определения параметров, обусловленная действием веса отделяемого макета космического аппарата во время работы толкателей УО. Полученные результаты испытаний показывают высокую сходимость расчетных и экспериментальных значений кинематических параметров разделяемых частей КА.
Стенд позволяет проводить отработку УО с увеличенной зоной перекрытия конструкций разделяемых частей КА, что расширяет его технические возможности за счет обеспечения безударного расхождения макета отделяемого космического аппарата с имитатором основного космического аппарата.