УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ И ПОСЛЕДУЮЩЕГО РАЗДЕЛЕНИЯ СТУПЕНЕЙ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ ПАКЕТНОЙ СХЕМЫ
DEVICE FOR ATTACHMENT AND SEPARATION OF CLUSTER-CONFIGURATION CARRIER ROCKET

Изобретение относится к космической технике и может использоваться для разделения ступеней ракеты-носителя пакетной схемы.
Из патентной литературы известны системы крепления, быстрого отделения и отвода боковых ракетных блоков от центрального ракетного блока ракеты-носителя (РН) пакетной схемы с помощью системы тяг (стержней), толкателей и устройств, воспринимающих продольные и тангенциальные усилия, находящихся как в верхней части ракеты носителя, так и в нижней части. Например, из патента РФ №2166463, МКИ B64G 1/00, 2000 г. известно устройство для крепления и последующего разделения ступеней ракеты-носителя пакетной схемы, содержащее пневмотолкатель, узлы крепления, установленные на разделяющихся частях ракеты-носителя пакетной схемы, замок, обеспечивающий силовую связь ступеней до их разделения.
В указанном патенте тяги, воспринимающие радиальные усилия, шарнирно закреплены одними концами на центральном блоке в устройствах, имеющих пироболты, обеспечивающие разрыв силовых связей при разделении, а другими концами на боковых блоках. Система отвода ступеней друг от друга оснащена толкателями - двумя нижними, работающими параллельно, и одним верхним.
Верхний толкатель пропущен через ближнюю к центральному ракетному блоку стенку головного обтекателя и закреплен на силовой конструкции его дальней стенки шарнирно.
Там же, в головном обтекателе, расположен узел крепления, воспринимающий продольные и тангенциальные нагрузки, выполненный по схеме «штырь-гнездо». При этом штырь закреплен на силовой конструкции головного обтекателя бокового блока, а гнездо выполнено во вкладыше. Вкладыш имеет сферическую наружную поверхность, установленную с возможностью поворота в опоре, закрепленной на силовой конструкции центрального блока.
Недостатком такого технического решения является многодельность, требующая помимо многочисленных элементов для крепления и разделения ступеней еще и много ответных силовых элементов в конструкциях отсеков ступеней. Это утяжеляет, удорожает и усложняет конструкции крепления и разделения ступеней и отработку их надежности.
Применение пироболтов для разрыва силовых связей при разделении нецелесообразно в многоразовой системе, а в толкателях для многоразовой системы требуется не только выпускать штоки для расталкивания ступеней, но и убирать их.
Крепление толкателя на силовой конструкции дальней стенки с прохождением его через ближнюю к центральному ракетному блоку стенку головного обтекателя вызывает необходимость выполнить в стенке головного обтекателя отверстие для прохода толкателя. При разделении ступеней их расхождение происходит не только по вектору оси исходного положения толкателя, но и в других направлениях, особенно в плоскости, проходящей через оси ступеней. Поэтому отверстие в ближней стенке, для прохода толкателя с учетом его перемещения в процессе разделения при движении ступеней друг относительно друга, должно быть значительным (и тем больше, чем больше рабочий ход толкателя), а это требует дополнительных конструктивных мер по его перекрытию, что особенно важно для многоразовых ступеней. Иначе на толкатель, в месте его прохода через стенку, будет действовать поперечная сила, которая изгибает толкатель и приводит либо к разрушению толкателя или стенки, либо значительно утяжелит их конструкцию. Большая длина толкателя (шток и цилиндр), особенно в конце выхода штока (работающего на сжатие) из цилиндра, снижает его устойчивость и утяжеляет его.
Задачей данного изобретения является создание устройства для крепления и разделения ступеней ракеты-носителя пакетной схемы с достижением технического результата в виде повышения надежности, уменьшения массы конструкции и расширения арсенала технических средств.
Эта задача решается тем, что в устройстве для крепления и последующего разделения ступеней ракеты-носителя пакетной схемы, содержащем пневмотолкатель, узлы крепления, установленные на разделяющихся частях ракеты-носителя пакетной схемы, замок, обеспечивающий силовую связь ступеней до их разделения, в соответствии с изобретением, пневмотолкатель для разделения ступеней ракеты-носителя крепится на силовой конструкции первой ступени, на стенке, ближней ко второй ступени, с помощью находящегося на переднем торце цилиндра толкателя сферического шарнира, внутри которого расположен цилиндр с шариковым замком и поршнем-фиксатором, при стыковке запирающим, при помощи пружин, шарики шарикового замка, на силовом штыре, закрепленном на второй ступени и введенном в сферический шарнир.
При этом цилиндр толкателя, являющийся также аккумулятором давления рабочего тела, имеет дополнительную полость для втягивания штока и в штоке толкателя вмонтированы дополнительный шток с малым ходом и сухари, имеющие возможность качания на осях в стенке штока с уходом в пазы, выполненные в стенке пневмоцилиндра со стороны его внутренней поверхности, упирающиеся в выемки цилиндра толкателя и удерживаемые в таком положении спрофилированной поверхностью силового штыря.
Далее предлагаемое устройство поясняется более подробно с использованием схемных чертежей, где на фиг.1 показано устройство для крепления и последующего разделения ступеней ракеты-носителя пакетной схемы, выполненное по схеме «штырь-гнездо», воспринимающее продольные, тангенциальные и радиальные нагрузки, на фиг.2 показано взаимное положение ступеней РН друг относительно друга, в разные моменты процесса их отталкивания при разделении. На фиг.3 показано исходное состояние толкателя перед разделением ступеней. На фиг.4 показано расталкивание ступеней на половину длины хода толкателя и на полный ход толкателя.
Устройство крепления и последующего разделения бокового блока с центральным блоком ракеты-носителя (РН) пакетной схемы состоит из толкателя, включающего в себя цилиндр 1 со штоком 2 (фиг.1), имеющим поворотные сухари 3, малый шток 4, сферический шарнир 5 с шариковым замком и поршнем-фиксатором 6, силовой корпус 7 сферического шарнира, установленного на конструкции первой ступени 8, на стенке, ближней ко второй ступени, силового штыря 9, смонтированного на конструкции второй ступени 10, и системы клапанов.
Устройство для крепления и последующего разделения бокового блока с центральным блоком функционирует следующим образом.
Перед стыковкой ступеней подается давление в полость 11, поршень-фиксатор 6, сжимая пружины 12, перемещается и освобождает шарики 13, позволяя ввести силовой штырь 9 в сферический шарнир 5.
При стыковке силовой штырь 9 второй ступени вводится в сферический шарнир 5 цилиндра толкателя, разводя сухари 3 так, чтобы они вошли в пазы, выполненные во внутренней поверхности цилиндра 1, после чего давление из полости 11 стравливается, поршень-фиксатор пружинами возвращается в исходное положение и запирает шарики на штыре. Производится заправка сжатым газом полости 14 цилиндра толкателя до необходимого давления.
Шток 2 через сухари 3 упирается в наклонные торцы пазов, выполненных во внутренней поверхности цилиндра 1, и в профилированную боковую поверхность силового штыря 9, а малый шток 4 упирается в торец силового штыря. Таким образом, в момент разделения дополнительная нагрузка на шариковый замок от давления в цилиндре толкателя значительно уменьшается, так как она передается только через малый шток 4.
Для разъединения ступеней давление подается в полость 11 цилиндра замка, поршень-фиксатор, сжимая пружины, перемещается, освобождая шарики, шток малый выталкивает силовой штырь второй ступени из сферического шарнира силового корпуса первой ступени, освобождает сухари и дальнейшее расталкивание ступеней производится штоком 2. После полного рабочего хода штока 2 давление из полости 14 перепускается в полость 15, а давление из полости 14 стравливается. Шток 2 возвращается в исходное состояние.
Процесс расталкивания поясняется на фигурах 2-4. Предлагаемая конструкция устройства «отслеживает» только штоком толкателя взаимное положение ступеней РН друг относительно друга при расталкивании без изгиба и позволяет, при необходимости, увеличить еще рабочий ход толкателя.
Наличие сферического шарнира, находящегося на переднем торце цилиндра толкателя, наружная поверхность которого установлена с возможностью поворота в опоре, закрепленной на силовой конструкции первой ступени, позволяет также совместить в нем:
- узел крепления, воспринимающий продольные и тангенциальные нагрузки, выполненный по схеме «штырь-гнездо»;
- узел крепления с шариковым замком, воспринимающий радиальные усилия и обеспечивающий разрыв силовых связей при разделении.
Таким образом, крепление, разделение и отвод верхних частей ступеней ракеты-носителя (РН) пакетной схемы с помощью системы тяг (стержней), толкателей, устройств, воспринимающих продольные, тангенциальные и радиальные усилия, и пиросредств разрыва силовых связей, заменяется единым узлом, выполняющим вышеуказанные функции.
Такая конструкция с совмещением функций позволяет уменьшить массу конструкции, провести ее автономную отработку и осуществить надежный контроль при изготовлении и испытаниях, что повышает надежность конструкции.