Устройство отделения для нескольких полезных нагрузок от одной ракеты-носителя
SEPARATION UNIT FOR SEVERAL LOADS PAYLOADS FROM A SINGLE LAUNCH VEHICLE

Изобретение относится к космической технике, в частности к устройствам отделения и предназначено для удержания нескольких полезных нагрузок (ПН) при одновременном запуске от одной ракеты-носителя (РН) и может быть использовано для освобождения отделяемых в процессе эксплуатации и многоразовой отработки силовых крупногабаритных агрегатов, например, подвесных баков летательных аппаратов, космических аппаратов и других полезных нагрузок.
Из существующего уровня техники известна конструкция (патент RU №2238888 С1 от 12.03.2003 г), которая состоит из:
- платформы состоящей из поворотной части и опорной части, соединенных между собой с помощью шарнирных узлов, пиромеханического замка и резьбовых упоров с регулируемым усилием затяжки;
- поворотной части, которая осуществляет управление углом наклона с помощью пружин и тросов исполнительного механизма;
- рычагов фиксации перемещений поворотной части относительно опорной части в наклонном положении, шарнирно закрепленных между собой на поворотной и опорной частях платформы;
- крепления фиксирующих рычагов на опорной части связанного с пружинами исполнительного механизма, конец крепления рычагов на поворотной части снабжен противоударными демпферами для уменьшения ударных нагрузок в конце разворота поворотной части.
Конструкция прототипа освобождает удерживающую механическую связь в замке поворотной части платформы с закрепленной на ней ПН под действием усилий пружин исполнительного механизма, устанавливается и фиксируется в наклонном положении, необходимом для последующего отделения ПН.
Недостатками данной конструкции является то, что:
- конструкция состоит из опорной и наклонной части, что приводит к увеличенной массе конструкции прототипов;
- фиксация наклонной части для последующего отделения ПН приведет к колебаниям ПН, что отрицательно скажется на последующем отделении ПН;
- конструкция не исключает ударную нагрузку на ПН при отделении.
Из существующего уровня техники наиболее близким к заявленному решению (прототипом) является конструкция адаптера для транспортирования нескольких полезных нагрузок на одной ракете-носителе (патент RU №2155146 С2 от 28.08.2000 г), которая предназначена для удерживания ПН при запуске и отделении в процессе эксплуатации ПН. Адаптер и устройство отделения (УО) известной конструкции состоят из:
- опорной части, которая может быть жестко прикреплена к несущей конструкции;
- наклонной части, подсоединенной к опорной части или к несущей конструкции с помощью шарнирных средств;
- первого дистанционно освобождаемого удерживающего средства, установленные между опорной частью и наклонной частью для того, чтобы в обычном состоянии сохранять наклонную часть в положении транспортирования нагрузки;
- средства управления наклоном, установленные между наклонной частью и опорной частью или несущей конструкцией, с тем чтобы автоматически привести наклонную часть в положение отделения полезной нагрузки посредством поворота вокруг шарнирных средств в течение освобождения удерживающих средств;
- средств стопорения перемещения, взаимосвязанных со средствами управления наклоном и автоматически приводимых в действие, когда наклонная часть приходит в положение отделения полезной нагрузки;
- второго дистанционного освобождаемого удерживающего средства, которые могут быть помещены непосредственно между наклонной частью и полезной нагрузкой с тем, чтобы в обычном состоянии удерживать последнюю на наклонной части.
Конструкция прототипа, после подрыва первого удерживающего средства, обеспечивает поворот наклонной части с ПН вокруг узла поворота и удержание наклонной части находящегося в положении отделения ПН с последующим освобождением ПН за счет срабатывания второго удерживающего средства.
Недостатками данной конструкции является то, что:
- конструкция, состоит из опорной и наклонной части, что приводит к увеличенной массе конструкции прототипов;
- фиксация наклонной части для последующего отделения ПН приведет к колебаниям ПН, что отрицательно скажется на последующем отделении ПН;
- конструкция не исключает ударную нагрузку на ПН при отделении.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в упрощении процесса отделения ПН от РН, снижении массы конструкции и обеспечении надежного и безударного отделения ПН от РН за счет применения разделяемого узла поворота.
Поставленная задача предлагаемого изобретения достигается за счет использования УО, предназначенного для удержания нескольких ПН при одновременном запуске от одной РН и для освобождения отделяемых в процессе эксплуатации ПН, которое содержит опоры опорную части, которая может быть прикреплена к ПН, дистанционно разъединяемое удерживающее устройство, толкатель, как средство управления наклоном, чтобы автоматически приводить в положение отделения ПН посредством поворота вокруг шарнирных средств. Для каждой ПН использован разделяемый узел поворота, расположенный на периферийной части фермы, где каждый разделяемый узел поворота образован стержнем-осью в подвижной части узла поворота, расположенной на опоре опорной части, расположенной по периметру ПН, и неподвижной частью - цапфой, расположенной на ферме, и имеющей прорезь для выхода стержня-оси из цапфы на заданном угле Д поворота ПН, для обеспечения выхода стержня-оси из цапфы подвижной части узла поворота расположен регулируемый упор, который входит в контакт с опорной площадкой цапфы. Регулируемый упор входит в контакт с опорной площадкой цапфы в момент, когда условная линия соединяет центр масс ПН с центром узла поворота продольной оси РН. В разделяемом узле поворота, как в подвижной части, так и в неподвижной части установлен подшипник параллельно плоскости разделения. Корпус толкателя закреплен шарнирно на ферме, одним концом толкатель упирается в проушину ПН регулируемым упором толкателя. УО удерживает ПН до освобождения ПН с помощью удерживающих устройств. После срабатывания удерживающих устройств, снимается силовая связь в стыке УО - ПН. Под действием толкателей ПН поворачивается на заданный угол Д вокруг стержня-оси подвижного узла поворота, расположенного на подвижной части разделяемого узла поворота до контакта регулируемого упора опорной площадки цапфы расположенной на ферме, обеспечивая выход стержня-оси, из зацепления с цапфой, в которой выполнена прорезь, тем самым освобождая ПН. Зная фактический центр масс ПН, регулируемый упор настраивается на угол входа в контакт с опорной площадкой цапфы в момент, когда условная линия соединяет центр масс ПН с центром узла поворота продольной оси РН, тем самым добавляя линейную составляющую скорости обеспечивая поперечное отделение ПН.
Плавность и безударность разворота ПН на первом этапе отделения обеспечивается за счет удерживающих устройств, т.к. они нагружен предварительной растягивающей силой. Последующее безударное отделение ПН осуществляет за счет плавного хода толкателя до отделения ПН. Таким образом обеспечивается плавный и безударный разворот и отделение ПН по сравнению с прототипом.
На фиг. 1 показан вид сверху, показывающий установку трех ПН на ферме.
На фиг. 2 показан вид сбоку, удержание одной ПН;
На фиг. 3 показан толкатель в рабочем положении;
На фиг. 4 показан узел поворота и удерживающее устройство в рабочем положении;
На фиг. 5 показан поворот ПН на угол контакта регулируемого упора с опорной площадкой цапфы, до окончательного отделения ПН.
Устройство отделения предназначено для удержания нескольких полезных нагрузок при одновременном запуске от одной ракеты-носителя и для освобождения отделяемых в процессе эксплуатации полезных нагрузок. Конструкция УО содержит:
- силовую ферму 3, установленную на ракете-носителе и состоящую, к примеру, из сваренных между собой узловых фитингов 4 и труб 5. Нижний пояс 6 фермы 3 закрепляется, к примеру, механическим способом с РН 2. На верхнем поясе 7 фермы 3 установлены опоры 15 опорной части, удерживающие устройства 10, подвижная часть узла поворота 11 и неподвижная часть узла поворота - цапфа 12;
- опоры 15 опорной части расположены по периметру ПН 1 и закрепляются, к примеру, механическим способом с ПН 1 параллельно плоскости разделения 16 ПН 1 соединяется с фермой 3 через удерживающие устройства 10 по опорам 15 опорной части;
- удерживающие устройства 10, расположены по периметру ПН 1 перпендикулярно плоскости разделения 16;
- разделяемый узел поворота 11, состоящий из подвижной и неподвижной части, расположенный на периферийной части фермы. Подвижная часть расположена на опоры 15 опорной части и закреплена на ПН 1, к примеру, механическим способом. В подвижной части смонтирована стержень-ось поворота 13, например с подшипником 17 и регулируемый упор 14, обеспечивающий установку, соответствующую заданному углу Д отделения ПН 1. Неподвижная часть - цапфа 12 монтируется на ферме 3, обеспечивая установку зазоров между стержнем-осью поворота 13 за счет опорной площадки 18;
- толкатели 8 расположены в центральной части фермы 3, которые конструктивно с удерживающими устройствами 10 не связаны. Корпус 19 толкателя 8 закреплен на шарнирном узле 20 на ферме 3, верхний конец толкателя 8 упирается в проушину 21 ПН 1 регулируемым упором толкателя 9 и отслеживает положение ПН 1 при отделении до выхода регулируемого упора толкателя 9 из проушины 21 ПН 1.
Количество толкателей 8 и угол поворота Д вокруг стержня-оси 13 может изменяться в зависимости от требований к процессу отделения ПН 1.
Устройство работают следующим образом.
УО удерживает ПН1 до освобождения ПН 1 с помощью удерживающих устройств 10. После срабатывания удерживающих устройств 10, снимается силовая связь в стыке УО - ПН 1.
Под действием толкателей 8 ПН 1 поворачивается на заданный угол Д вокруг стержня-оси 13, расположенного на подвижной части разделяемого узла поворота 11 до контакта регулируемого упора 14. Регулируемый упор 14 входит в контакт с опорной площадкой 18 неподвижной части узла поворота - цапфы 12, расположенной на ферме 3 в момент, когда условная линия 22, соединяющая центр масс 23 ПН 1 с центром подвижной части узла поворота 11, параллельна продольной оси ракеты-носителя обеспечивая выход стержня-оси 13 расположенного на подвижной часть узла поворота 11, из зацепления с неподвижной частью узла поворота - цапфой 12, в которой выполнена прорезь, тем самым освобождая ПН 1.
Испытания УО в составе штатных изделий показали значительную эффективность предложенного технического решения для удержания и разделения ПН.
Заявленное устройство по сравнению с прототипом обладает существенными отличиями, позволяет исключить из конструкции наклонную часть, удерживающие элементы для наклонной части и второе удерживающее средство, предназначенное для освобождения ПН в конце разворота поворотной части, тем самым повысив надежность и снизив массу конструкции.