Система разделения элементов конструкции
SYSTEM FOR SEPARATION OF STRUCTURAL ELEMENTS

Изобретение относится к системам сброса или отделения объектов, преимущественно ступеней ракет, отсеков, обтекателей, защитных экранов и полезных нагрузок от несущих конструкций летательного аппарата, на любых участках траектории полета, и может быть использовано в области авиационной и ракетной техники.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является система разделения - патент RU 2577157, заявка №2013119889/11 от 29.04.2013 г., содержащая силовые узлы в виде двух силовых элементов, охватывающих шпангоуты разделяемых конструкций с обеспечением направления вектора нагрузки через нейтральные оси шпангоутов разделяемых конструкций, привалочные поверхности, выполненные в торцевых плоскостях шпангоутов, бандаж в виде каната из свитых между собой проволок, пироузлы расфиксации силовых узлов крепления, толкатели отделения.
Общими существенными признаками прототипа - системы разделения, совпадающими с существенными признаками предлагаемого устройства являются следующие: стык содержит силовые узлы крепления шпангоутов разделяемых конструкций, привалочные поверхности, выполненные в торцевых плоскостях шпангоутов, пироузлы расфиксации силовых узлов крепления и толкатель отделения.
Недостатком известного стыка - прототипа является то, что эта система разделения не обеспечивает возможность крепления элементов конструкции без выхода за габариты наружного контура шпангоутов, и тем самым не позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление конструкции при полете в атмосфере. Применяемый бандаж не позволяет использовать систему разделения в большом температурном диапазоне из-за разных коэффициентов температурного расширения шпангоутов разделяемых конструкций и стягивающего каната, а также из-за близкого расположения пироузлов к теоретическому контуру изделия. При изменении температуры конструкции в одну сторону повышения температуры, происходит ослабление стягивающего каната и падение усилия затяжки стыка шпангоутов разделяемых конструкций, в другую- происходит увеличение натяжения каната и уменьшение его запаса прочности.
Предлагаемое изобретение - система разделения элементов конструкции позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление конструкции при полете в атмосфере и обеспечить работоспособность в большом диапазоне температур. Рабочая температура, при которой система разделения элементов конструкции сохраняет свою работоспособность, ограничивается только рабочими температурами материалов, из которых изготовлены ее элементы.
Для достижения названного технического результата в системе разделения элементов конструкции имеется: силовые узлы крепления шпангоутов разделяемых конструкций, привалочные поверхности, выполненные в торцевых плоскостях шпангоутов, пироузлы расфиксации силовых узлов крепления и толкатель отделения, силовые узлы крепления шпангоутов содержат выполненные на шпангоуте одной из разделяемых конструкций упорные полки, распределенные по периферии шпангоута, и выполненные на шпангоуте другой из разделяемых конструкций фиксирующие рычаги, установленные на осях поворота, с возможностью упора при вращении на осях поворота одного из концов фиксирующего рычага на упорные полки шпангоута противоположной отделяемой части конструкции, а также подвижную раму, снабженную плавающими сферическими подшипниками скольжения, установленную на направляющих через отверстия внутренних колец плавающих сферических подшипников скольжения, с возможностью перемещения по направляющим, в направлении перпендикулярном привалочной плоскости шпангоутов, расположенные на подвижной раме подпружиненные фиксаторы конечного положения, выполненные в виде качалок, установленных на осях поворота, с возможностью упора при вращении на осях поворота края качалки в выступ на шпангоуте, при перемещении подвижной рамы в крайнее положение, тяги, соединяющие подвижную раму с противоположными частями фиксирующих рычагов, выполненные с возможностью регулирования их длины, гайку с затяжным болтом, с упором головки затяжного болта в подвижную раму, и прижатием шпангоутов по привалочным поверхностям при перемещении подвижной рамы в процессе затяжки болта, при этом в теле болта выполнена кольцевая канавка с конической боковой стенкой, расположенной со стороны, противоположной направлению затяжки болта, упорная часть головки затяжного болта выполнена в виде отдельных сухариков, частично погруженных в канавку тела затяжного болта, имеющих форму погруженной части, идентичную форме канавки тела затяжного болта, и цилиндрического сдвигаемого подпружиненного поршня, размещенного над отдельными сухариками, а сам пироузел расфиксации силовых узлов крепления выполнен в виде пневмоцилиндра со сдвигаемым относительно тела затяжного болта корпусом, закрепленным на подвижной раме и охватывающим сдвигаемый подпружиненный поршень.
Отличительным признаком предлагаемой системы разделения элементов конструкции является то, что силовые узлы крепления шпангоутов содержат выполненные на шпангоуте одной из разделяемых конструкций упорные полки, распределенные по периферии шпангоута, и выполненные на шпангоуте другой из разделяемых конструкций фиксирующие рычаги, установленные на осях поворота, с возможностью упора при вращении на осях поворота одного из концов фиксирующего рычага на упорные полки шпангоута противоположной отделяемой части конструкции, а также подвижную раму, снабженную плавающими сферическими подшипниками скольжения, установленную на направляющих через отверстия внутренних колец плавающих сферических подшипников скольжения, с возможностью перемещения по направляющим, в направлении перпендикулярном привалочной плоскости шпангоутов, расположенные на подвижной раме подпружиненные фиксаторы конечного положения, выполненные в виде качалок, установленных на осях поворота, с возможностью упора при вращении на осях поворота края качалки в выступ на шпангоуте, при перемещении подвижной рамы в крайнее положение, тяги, соединяющие подвижную раму с противоположными частями фиксирующих рычагов, выполненные с возможностью регулирования их длины, гайку с затяжным болтом, с упором головки затяжного болта в подвижную раму, и прижатием шпангоутов по привалочным поверхностям при перемещении подвижной рамы в процессе затяжки болта, при этом в теле болта выполнена кольцевая канавка с конической боковой стенкой, расположенной со стороны, противоположной направлению затяжки болта, упорная часть головки затяжного болта выполнена в виде отдельных сухариков, частично погруженных в канавку тела затяжного болта, имеющих форму погруженной части, идентичную форме канавки тела затяжного болта, и цилиндрического сдвигаемого подпружиненного поршня, размещенного над отдельными сухариками, а сам пироузел расфиксации силовых узлов крепления выполнен в виде пневмоцилиндра со сдвигаемым относительно тела затяжного болта корпусом, закрепленным на подвижной раме и охватывающим сдвигаемый подпружиненный поршень.
Благодаря наличию данных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующее: данная схема позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление и кинетический нагрев элементов конструкции в сборе и после разделения при полете в атмосфере. Рабочая температура, при которой система разделения элементов конструкции сохраняет свою работоспособность, ограничивается только рабочими температурами материалов, из которых изготовлены ее элементы.
Данное техническое решение может найти применение в качестве узла стыковки ступеней ракет, отсеков, обтекателей, защитных экранов и полезных нагрузок, которые необходимо отделить во время полета.
Изобретение поясняется фиг. 1…5.
На фиг. 1 представлен вид сзади на систему разделения элементов конструкции.
На фиг. 2, сеч. А-А (фиг. 1), представлена система разделения элементов конструкции в положении удержания.
На фиг. 3, сеч. Б-Б (фиг. 1), представлен силовой узел в положении удержания.
На фиг. 4, сеч. В-В (фиг. 1), представлен фиксатор конечного положения подвижной рамы.
На фиг. 5, выносной элемент Г (фиг. 2), представлен силовой болт.
Система разделения элементов конструкции, изображенная на фиг. 1…5 работает следующим образом:
Система разделения содержит привалочные поверхности 1 (фиг. 2, фиг. 3), выполненные в торцевых плоскостях шпангоутов 2 (фиг. 2, фиг. 3) и 3 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4), пироузлы расфиксации 4 (фиг. 1, фиг. 2) силовых узлов крепления, толкатель отделения 5 (фиг. 1), выполненные на шпангоуте 2 (фиг. 2, фиг. 3) одной из разделяемых конструкций упорные полки 6 (фиг. 3), распределенные по периферии шпангоута 2 (фиг. 2, фиг. 3), и, выполненные на шпангоуте 3 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) другой из разделяемых конструкций фиксирующие рычаги 7 (фиг. 3), установленные на осях поворота 8 (фиг. 3), с возможностью упора при вращении на осях поворота 8 (фиг. 3) одного из концов фиксирующего рычага 7 (фиг. 3) на упорные полки 6 (фиг. 3) шпангоута 2 (фиг. 2, фиг. 3) противоположной отделяемой части конструкции, а также подвижную раму 9 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4), снабженную плавающими сферическими подшипниками скольжения 10 (фиг. 2), установленную на направляющих 11 (фиг. 1, фиг. 2) через отверстия внутренних колец плавающих сферических подшипников скольжения 10 (фиг. 2), с возможностью перемещения по направляющим 11 (фиг. 1, фиг. 2), в направлении перпендикулярном привалочной плоскости 1 (фиг. 2, фиг. 3) шпангоутов 2 (фиг. 2, фиг. 3) и 3 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4), расположенные на подвижной раме 9 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) подпружиненные фиксаторы конечного положения 12 (фиг. 1, фиг. 4), выполненные в виде качалок, установленных на осях поворота, с возможностью упора при вращении на осях поворота края качалки в выступ 13 (фиг. 4) на шпангоуте 3 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4), при перемещении подвижной рамы 9 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) в крайнее положение, тяги 14 (фиг. 3), соединяющие подвижную раму 9 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) с противоположными частями фиксирующих рычагов 7 (фиг. 3), выполненные с возможностью регулирования их длины, гайку 15 (фиг. 2) с затяжным болтом 16 (фиг. 2, фиг. 5), с упором головки затяжного болта 16 (фиг. 2, фиг. 5) в подвижную раму 9 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4), и прижатием шпангоутов 2 (фиг. 2, фиг. 3), 3 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) по привалочным поверхностям 1 (фиг. 2, фиг. 3) при перемещении подвижной рамы 9 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) в процессе затяжки болта 16 (фиг. 2, фиг. 5), при этом в теле болта 16 (фиг. 2, фиг. 5) выполнена кольцевая канавка 17 (фиг. 5) с конической боковой стенкой, расположенной со стороны, противоположной направлению затяжки болта 16 (фиг. 2, фиг. 5), упорная часть головки затяжного болта 16 (фиг. 2, фиг. 5) выполнена в виде отдельных сухариков 18 (фиг. 5), частично погруженных в канавку 17 (фиг. 5) тела затяжного болта 16 (фиг. 2, фиг. 5), имеющих форму погруженной части, идентичную форме канавки 17 (фиг. 5) тела затяжного болта 16 (фиг. 2, фиг. 5), и цилиндрического сдвигаемого подпружиненного поршня 19 (фиг. 5), размещенного над отдельными сухариками 18 (фиг. 5), а сам пироузел расфиксации 4 (фиг. 1, фиг. 2) силовых узлов крепления выполнен в виде пневмоцилиндра со сдвигаемым относительно тела затяжного болта 16 (фиг. 2, фиг. 5) корпусом, закрепленным на подвижной раме 9 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) и охватывающим сдвигаемый подпружиненный поршень 19 (фиг. 5).
Система разделения работает следующим образом: при подаче электрического сигнала в пироузле расфиксации 4 (фиг. 1, фиг. 2) возникает избыточное давление, при котором подпружиненный поршень 19 (фиг. 5) сдвигается в направлении затяжки затяжного болта 16 (фиг. 2, фиг. 5), высвобождая отдельные сухарики 18 (фиг. 5), которые, перемещаясь по конической боковой стенке кольцевой канавки 17 (фиг. 5) в радиальном направлении, высвобождают затяжной болт 16 (фиг. 2, фиг. 5), позволяя пироузлу расфиксации 4 (фиг. 1, фиг. 2) перемещаться вместе с подвижной рамой 9 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) по направляющим 11 (фиг. 1, фиг. 2), при этом подвижная рама 9 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) через тяги 14 (фиг. 3) поворачивает фиксирующие рычаги 7 (фиг. 3), тем самым высвобождая шпангоуты 2 (фиг. 2, фиг. 3) и 3 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) из зацепления. В конечном положении подвижной рамы 9 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4), качалки фиксаторов конечного положения 12 (фиг. 1, фиг. 4) под воздействием пружин кручения перемещаются, упираясь в выступы 13 (фиг. 4) на шпангоуте 3 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4), тем самым фиксируя подвижную раму 9 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4), после чего срабатывает толкатель отделения 5 (фиг. 1), который уносит шпангоуты 2 (фиг. 2, фиг. 3) и 3 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) друг от друга. Для равномерного температурного расширения все элементы конструкции могут быть выполнены из одного и того же материала. Соединение шпангоутов 2 (фиг. 2, фиг. 3) и 3 (фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) разделяемых конструкций обеспечивается с помощью фиксирующих рычагов 7 (фиг. 3), которые в свою очередь соединяются с жесткой подвижной рамой 9 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) через регулируемые тяги 14 (фиг. 3). Подвижная рама 9 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) устанавливается на направляющих 11 (фиг. 1, фиг. 2). Для предотвращения заклинивания связь подвижной рамы 9 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) и направляющих 11 (фиг. 1, фиг. 2) осуществляется через плавающие сферические подшипники скольжения 10 (фиг. 2). Регулируемые тяги 14 (фиг. 3), и плавающая схема закрепления подвижной рамы 9 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) необходимы для компенсации неточности выполнения элементов конструкции при изготовлении. Принцип фиксации, основанный на внутренней жесткой подвижной раме 9 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4), позволяет удерживать элементы конструкции, соединение которых образует замкнутый контур произвольной формы. Система разделения элементов конструкции находится внутри одного из разделяемых объектов и после разделения не снижает его аэродинамические характеристики. Пироузлы расфиксации 4 (фиг. 1, фиг. 2), являющиеся частью системы разделения элементов конструкции, находятся непосредственно на подвижной раме 9 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4), тем самым они могут быть защищены от температурного воздействия.