УСТРОЙСТВО РАСКРЫТИЯ ЗВЕНЬЕВ БОРТОВЫХ СИСТЕМ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
DEVICE TO OPEN LINKS OF SPACESHIP ONBOARD SYSTEMS

Устройство относится к космической технике и предназначено для раскрытия звеньев бортовых систем космических аппаратов (КА), например штанг с приборами или датчиками, антенн, солнечных батарей и т.д.
Известно множество устройств раскрытия элементов конструкции с пружинным приводом, применяемых в технике. Как правило, эти устройства не имеют жестких ограничений по массе и поэтому выполняются достаточно прочными, чтобы выдерживать динамические нагрузки в момент их останова.
Динамические нагрузки возникают из-за того, что составляющие суммарного момента сопротивления раскрытию ∑Мсопр (от инерционных сил, от сил трения в узлах вращения, от сил сопротивления кабелей электрической связи звеньев и пр.) имеют, в основном, постоянную величину на всем угле раскрытия звеньев (φ), т.е. ∑Мсопр.нач = ∑Мсопр.конеч, а пружинный привод располагает «падающей» характеристикой Мпр.расп = F (φ), т.е. начальный момент пружинного привода Мпр.нач значительно больше момента в конце раскрытия звеньев Мпр.кон, кроме того, обязательно должно выполнятся условие Мпр.кон>∑Мсопр, чтобы обеспечить фиксацию раскрываемого звена в конечном положении.
Разница между энергией пружинного привода и работой, необходимой для преодоления сопротивления раскрытию, идет на ускорение раскрываемого звена, угловая скорость которого на момент останова достигает максимальной величины.
Для исключения негативного влияния динамических нагрузок на конструкцию существует два пути, либо увеличение жесткости конструкции (массы), либо снижение уровня нагрузок до приемлемой величины.
В космической технике существуют жесткие ограничения по массе, поэтому воздействие больших динамических нагрузок способно привести к деформациям или разрушению элементов конструкции, что в конечном итоге снижает надежность КА.
Проблема снижения уровня динамических нагрузок при срабатывании устройств раскрытия решается известным устройством крепления, раскрытия и фиксации (см. рабочие чертежи 34КС. 8008-0, разработанные ФГУП «ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» г.Самара 2001 г. фиг.1, 2, - прототип).
Устройство содержит неподвижное звено 1, закрепленное на КА 2 и шарнирно связанное с кронштейном раскрываемого звена 3, которое в свою очередь в исходном положении связано с КА с помощью узла крепления 4, а на кронштейне раскрываемого звена 3 установлена пружина сжатия 5, соединенная одним концом с кронштейном раскрываемого звена 3, а другим посредством троса 6 - с неподвижным звеном 1, при этом трос 6 взаимодействует с кулачком 7, установленным на неподвижном звене 1 в зоне шарнирной связи звеньев.
Поверхность кулачка 7 выполнена с переменным радиусом, увеличивающимся от величины R1 в исходном положении устройства до величины R2 в рабочем положении, при этом фиксацию кронштейна раскрываемого звена 3 в рабочем положении осуществляет фиксатор 8, контроль факта срабатывания устройства обеспечивается телеметрическим датчиком 9.
Известное устройство позволяет уменьшить наклон «падающей» характеристики пружинного привода Мпр=F(φ) за счет того, что в процессе раскрытия одновременно со снижением усилия пружины увеличивается радиус ее действия, и, соответственно, уменьшить энергию, идущую на ускорение раскрываемого звена, а следовательно, снизить динамические нагрузки на элементы КА в момент останова раскрываемого звена.
Однако значительного снижения массы КА известное устройство не обеспечивает, так как само оно имеет значительную массу и габариты, что в некоторых случаях для аппаратуры КА является недопустимым.
Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно уменьшение габаритно-массовых характеристик устройства и увеличение надежности КА.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве раскрытия звеньев бортовых систем космических аппаратов, содержащем неподвижное звено, закрепленное на КА и шарнирно связанное с подпружиненным кронштейном раскрываемого звена, закрепленного на КА в исходном положении, кронштейн раскрываемого звена подпружинен пружиной кручения, которая связана с КА посредством регулятора натяжения, зубчатые венцы которого взаимодействуют с зубчатым сектором, выполненным на оси, жестко связанной с неподвижным звеном, причем на кронштейне раскрываемого звена закреплен узел торможения, подпружиненный шток которого взаимодействует с контактором, шарнирно закрепленным на опорной втулке, установленной в пазах кронштейна раскрываемого звена, при этом контактор также взаимодействует с поверхностью втулки-кулачка, выполненной с переменным радиусом, а в конце поворота раскрываемого звена с выемкой во втулке-кулачке, установленной в пазы оси, опорная втулка и втулка-кулачок имеют стойки, взаимодействующие с элементами крепления.
конструкция устройства приведена на чертежах:
Фиг.1 - общий вид устройства в исходном положении;
Фиг.2 - вид А на фиг.1;
Фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2;
Фиг.4 - общий вид устройства в рабочем положении.
Устройство содержит неподвижное звено (ухо) 1, установленное на КА2 и шарнирно связанное с кронштейном раскрываемого звена (проушиной) 3, закрепленного в исходном положении к КА фиксатором 4, телеметрический датчик 5, пружину кручения 6, связанную одним концом с раскрываемым звеном 3, другим концом связанную с КА через регулятор натяжения 7, снабженный зубчатым венцом 8, взаимодействующим с ответным зубчатым сектором, выполненным на оси 9, жестко закрепленной к неподвижному звену 1, а регулятор натяжения 7 связан с осью 9 стяжным болтом 10, в пазы раскрываемого звена 3 установлена опорная втулка 11 со стойками 12, а в пазы оси 9 - втулка-кулачок 13 со стойками 14, со стойками 12, 14 взаимодействуют соответственно накидные гайки 15 и 16, на опорной втулке 11 шарнирно установлен контактор с наконечником 17, взаимодействующий одной стороной наконечника с втулкой-кулачком 13, а другой - со штоком 18 узла торможения 19, установленного на кронштейне раскрываемого звена 3 и имеющего в своем составе пакет тарельчатых пружин 20, поджатый к штоку прижимной гайкой 21, при этом контактирующая со штоком поверхность втулки-кулачка 13 выполнена с изменяющимся радиусом (начальный радиус R1, увеличение радиуса на угле поворта 0°-φ1 до значения R2 на участке страгивания, уменьшение радиуса на угле поворота φ1-φ2 до значения R3) и имеет на угле поворота φ2 выемку 22, с которой взаимодействует наконечник контактора 17, обеспечивая фиксацию раскрываемого звена 3 в конечном (рабочем) положении.
Значения углов φ1, φ2, радиусов втулки-кулачка 13 R1, R2, R3, силовые характеристики пружины кручения 6 и пакета тарельчатых пружин 20 рассчитываются из условия обеспечения допустимых значений угловой скорости раскрываемого звена на момент его останова.
В процессе настройки устройства силовые характеристики пружины кручения 6 и пакета тарельчатых пружин 20 регулируются с помощью регулятора натяжения 7 и прижимной гайки 21, при этом сочетание пакета тарельчатых пружин 20 и кулачка с минимальным диапазоном изменения радиуса обеспечивают малые габариты и массу устройства, а для обеспечения стабильности силы трения в паре втулка-кулачок 13 и контактор 17 они изготавливаются из материала, имеющего стабильный коэффициент трения, например закаленной стали.
Таким образом, в предлагаемой конструкции за счет того, что характеристика суммарного момента сопротивления ∑Мсопр=F(φ) пружинного привода настраивается эквидистантной характеристике Мпр.расп=F(φ) с минимальной разницей между энергией пружинного привода и работой сил сопротивления, обеспечивается низкий уровень динамических нагрузок на КА при малых габаритах и массе устройства раскрытия, т.е. обеспечивается снижение массы КА и его высокая надежность.