Устройство разделения и сброса головного обтекателя ракеты-носителя (варианты)
SPLIT AND RESET DEVICE OF THE HEAD FAIRING OF THE LAUNCH VEHICLE (OPTIONS)

Предложенные изобретения относятся к ракетной технике, в частности к устройствам разделения и сброса головных обтекателей (ГО), и могут быть использованы при разработке ракет-носителей (РН).
Наиболее близким по набору существенных признаков является техническое решение по патенту РФ №2568965 (МПК: B64G 1/64, F42B 15/36, опубл. 2015 г.), которое было принято авторами за ближайший аналог.
Данное техническое решение представляет собой устройство разделения и сброса ГО РН, содержащее закрепленные на ней с возможностью вращения створки, толкатели, шарнирно установленные на наружной поверхности створок, опирающиеся на фитинги РН.
К недостаткам данного устройства следует отнести то, что толкатели и узлы разворота створок располагаются с наружной стороны ГО, что приводит к увеличению габаритных размеров и ухудшению аэродинамических характеристик РН. Наличие выступов на внешних обводах увеличивает габариты и аэродинамическое сопротивление обтекателя, что ведет к уменьшению массы полезного груза выводимого РН на орбиту, а также к возникновению дополнительных ограничений, касающихся использования унифицированных головных частей в составе различных РН, связанных с их размещением в соответствующих штатных транспортно-пусковых контейнерах или пусковых сооружениях. Поскольку в процессе полета ракеты скорость набегающего потока воздуха достигает больших величин, установленные на наружных сторонах створок приводы и узлы разворота створок необходимо защищать от аэродинамического нагрева и силового воздействия потока путем установки капотирующих устройств - гаргротов, что приводит к дополнительному увеличению массы и габаритных размеров ГО.
Технической задачей предлагаемых изобретений является устранение перечисленных недостатков, а именно снижение габаритных размеров, массы и коэффициента лобового сопротивления ГО.
Поставленная задача решается тем, что устройство разделения и сброса ГО РН состоит из створок, соединенных между собой замками продольного стыка и соединенных с РН замками поперечного стыка, приводов сброса и содержит коромысловый механизм, выполненный в виде коромысел, устанавливаемых с внутренней стороны каждой створки ГО в количестве не менее двух, один конец каждого коромысла шарнирно связан со створкой ГО, а другой его конец выполнен в виде крюка с опорными поверхностями и защемлен между роликами, закрепленными на РН с возможностью вращения, при этом приводы сброса установлены с внутренней стороны створок ГО.
Во втором варианте исполнения устройство разделения и сброса ГО РН состоит из створок, соединенных между собой замками продольного стыка и соединенных с РН замками поперечного стыка, приводов сброса и содержит кулисно-коромысловый механизм, выполненный в виде коромысел, устанавливаемых с внутренней стороны каждой створки ГО в количестве не менее двух, одно из них шарнирно связано одним концом со створкой ГО, а другой его конец выполнен в виде крюка с опорными поверхностями и защемлен между роликами, закрепленными на РН с возможностью вращения, а второе коромысло одним концом шарнирно связано с РН и образует со створкой ГО кулисную пару, при этом приводы сброса установлены с внутренней стороны створок ГО.
Сущность изобретений иллюстрируется фигурами 1 и 2, где изображены варианты устройства разделения и сброса ГО, установленного на РН.
На фиг. 1 и 2 указаны позиции в следующем порядке:
1 - ролики;
2 - ракета-носитель;
3 - створки;
4 - замок продольного стыка;
5 - замок поперечного стыка;
6 - приводы сброса;
7, 8 - коромысла;
9, 10 - шарниры;
11 - кулиса.
Устройство разделения и сброса ГО РН по первому варианту содержит ролики (1), закрепляемые на РН (2) с возможностью поворота, створки (3), связанные между собой и с РН замками продольного (4) и поперечного (5) стыков, приводы сброса (6) и коромысла (7, 8), устанавливаемые с внутренней стороны створки ГО на шарнирах (9, 10). Каждое коромысло (7, 8) одним концом шарнирно связано со створкой (3), а другой его конец, выполненный в виде крюка с посадочными поверхностями, защемляется между роликами (1). Координаты осей шарнирных узлов механизма в исходном и промежуточных положениях выбираются из условий обеспечения необходимых траекторных параметров движения створок, гарантирующих их безударное отделение от РН, с учетом комплекса ограничений, накладываемых на конструктивно-компоновочную схему, массы и размеры звеньев механизмов.
сх
сх
Принцип работы такого устройства разделения и сброса ГО РН заключается в следующем. После раскрытия замка поперечного стыка (5) раскрывается замок продольного стыка (4), затем задействуются приводы сброса (6). Под воздействием сил и моментов, создаваемых приводами сброса (6), створки (3) приобретают линейные и угловые ускорения относительно РН, происходит расстыковка коммуникаций между ГО и РН. Коромысловые механизмы накладывают ограничения на перемещения створок (3), вследствие чего обеспечиваются требуемые траекторные параметры их движения до момента отделения, а также безударное отделение створок (3) после разворотов на заданные углы ϕ. В момент начала движения створки (3) ее мгновенный центр вращения находится в точке С. В момент достижения створками (3) расчетных углов разворота ϕ, соответствующих требуемым траекторным параметрам, крюки коромысел (7) и (8) выходят из зацеплений с замыкающими роликами (1), вследствие чего коромысла (7, 8) освобождаются от шарнирных связей с РН и отделяются от нее вместе со створками (3).
Устройство разделения и сброса ГО РН по второму варианту содержит ролики (1), закрепляемые на РН (2) с возможностью поворота, створки (3), связанные между собой и с РН замками продольного (4) и поперечного (5) стыков, приводы сброса (6), коромысло (7), устанавливаемое на створку (3) с внутренней стороны на шарнире (9), коромысло (8), устанавливаемое на РН на шарнире (10). Коромысло (7) одним концом шарнирно связано со створкой (3), а другой его конец, выполненный в виде крюка с посадочными поверхностями, защемляется между роликов (1). Створка (3) и коромысло (8), выполняющее функцию штока, составляют кулисную пару (11), обеспечивающую возможность их относительного поступательного перемещения.
Координаты осей шарнирных узлов механизма в исходном и промежуточных положениях, а также длина штока выбираются из условий обеспечения необходимых траекторных параметров движения створок, гарантирующих их безударное отделение от РН, с учетом комплекса ограничений, накладываемых на конструктивно-компоновочную схему, массы и размеры звеньев механизмов.
сх
сх
Принцип работы такого устройства разделения и сброса ГО РН заключается в следующем. После раскрытия замка поперечного стыка (5) раскрывается замок продольного стыка (4), затем задействуются приводы сброса (6). Под воздействием сил и моментов, создаваемых приводами сброса (6), створки (3) приобретают линейные и угловые ускорения относительно РН, при этом происходит расстыковка коммуникаций между ГО и РН. Звенья механизма накладывают ограничения на возможные перемещения створок (3), вследствие чего обеспечиваются требуемые траекторные параметры их движения до момента отделения, а также безударное отделение створок (3) после разворотов на заданные углы ϕ. В момент достижения створками (3) расчетных углов разворота ϕ, соответствующих требуемым траекторным параметрам при отделении, крюк коромысла (7) выходит из зацепления с замыкающими роликами (1), после чего кулиса (11) сходит с коромысла (8), выполняющего функцию штока, совместно со створкой (3) под действием сил инерции.
В качестве приводов, предназначенных для сброса створок, могут использоваться пружинные толкатели, пневмотолкатели, пиротолкатели, реактивные двигатели или аэродинамические устройства разделения.
Данные технические решения позволяют уменьшить габаритные размеры и массы ГО, улучшить аэродинамические характеристики РН, а также снизить затраты на разработку ракетно-космических комплексов.