ФЕРМЕННАЯ ПРИВОДНАЯ СТЕРЖНЕВАЯ КОНСТРУКЦИЯ
TRUSS DRIVE FRAME STRUCTURE

Изобретение относится к космической технике, а более конкретно к ферменно-стержневым трансформируемым конструкциям, и может быть использовано преимущественно в качестве трансформируемой стержневой штанги рефлектора космической антенны или модуля солнечной батареи.
Известны ферменные конструкции развертываемого типа, работающие в условиях космоса и предназначенные для перемещения устройств различного назначения на заданное расстояние с высокой точностью позиционирования в пространстве. Раскладываемые штанги ферменно-стержневой конструкции изготавливаются индивидуально под каждый проект с учетом его особенностей, при этом обеспечивается минимально возможная масса, компактность в сложенном виде и надежность механизмов.
Существует множество трансформируемых штанг, которые стали предметом патентов. В частности, аналогами являются штанги, описанные в патентах RU 2541611, US 4655022А.
Недостатком аналога, описанного в патенте RU 2541611, является то, что пары створок каждого модуля укладываются либо во внутреннее пространство трансформируемой конструкции, либо наружу. Часто во внутреннем пространстве размещается механизм раскладывания модулей, кабельные сети, поэтому укладка створок модуля во внутрь не представляется возможным. В то же время укладка створок модуля наружу неизбежно увеличивает размеры поперечного сечения конструкции штанги в сложенном положении. Кроме того, общим недостатком этих устройств является отсутствие дублирующего механизма раскладывания модулей.
Наиболее близким аналогом изобретения является ферменная конструкция, описанная в патенте RU 2105703 - прототип, РКК «Энергия» С.П. Королева, которая может развертываться в космическом пространстве. Конструкция состоит из модулей, каждый из которых образован двумя призматическими ячейками, содержащими продольные, поперечные и диагональные элементы, а также элементы связи с исполнительными частями привода; диагонали в смежных ячейках расположены разнонаправлено, их расходящиеся концы шарнирно связаны с вершинами модулей, а сходящиеся концы объединены шарнирным соединением. При этом элементы связи с приводами выполнены на промежуточных звеньях и на поперечных элементах, что обеспечивает развертывание фермы практически без заклинивания и дает максимальную плотность ее транспортной укладки.
Недостатком прототипа является отсутствие возможности развертывания штанги дистанционно без непосредственного участия человека. Работа по развертыванию штанги-прототипа производится двумя космонавтами в открытом космосе и их участие обязательно. Это ограничивает применение штанги в беспилотных космических аппаратах. Кроме того, у штанги не предусмотрен дублирующий механизм выдвижения конструкции помимо привода, отказ которого может привести к нештатной ситуации. И, наконец, модули штанги не оснащены автоматическими устройствами фиксации в разложенном положении.
Задачей изобретения является автоматизация процесса выдвижения штанги, повышение надежности конструкции, а также обеспечение автоматической фиксации штанги в разложенном положении.
Поставленная задача решается за счет того, что ферменная приводная стержневая конструкция состоит из раскладываемых исполнительными частями привода модулей, представляющих собой в разложенном состоянии прямоугольный параллелепипед, содержащих продольные и поперечные элементы, шарнирно-связанные между собой, а также диагональные элементы, расположенные в плоскости продольных граней образуемого параллелепипеда, концы которых шарнирно связаны с вершинами модулей, при этом продольные элементы выполнены в виде стержней с возможностью складывания пополам в плоскости соответствующей грани образуемого модуля, причем центральные узлы этих стержней оснащены раскладывающими модуль пружинами, а диагональные элементы выполнены телескопически-выдвижными с возможностью жесткой фиксации модуля в разложенном положении за счет подпружиненных втулок, установленных на конце внутренних стержней диагональных элементов.
На фиг. 1 показан общий вид ферменно-стержневой конструкции, на фиг. 2 - модуль, из которых она состоит, на фиг. 3 - транспортная укладка модуля ферменной конструкции, на фиг. 4 показано взаимодействие привода штанги с ферменной конструкцией, на фиг.5 показана фиксация диагонального стержня в разложенном положении.
Ферменная приводная стержневая конструкция состоит из модулей 1 (фиг. 1), каждый из которых в разложенном положении (фиг. 2) представляет собой стержневую конструкцию в форме прямоугольного параллелепипеда, в основании которого находятся поперечные элементы 2, связанные между собой корпусами 3, образуя жесткие квадратные рамы. Продольные ребра разложенного модуля образованы четырьмя подпружиненными продольными элементами 4, которые имеют возможность складываться пополам в плоскостях граней, а параллельно каждой из плоскостей складывания продольных элементов 4 размещены телескопически-выдвижные элементы 5, соединенные шарнирно с корпусами 3 квадратных рам по диагонали. На конце внутреннего стержня 6 (фиг. 5) диагонального элемента 5 установлена подпружиненная втулка 7 (фиг. 5), которая в разложенном положении модуля связывается с внешним стержнем 8 (фиг. 5). В конструкции предусмотрены места взаимодействия модулей 1 с исполнительными частями автоматического привода 9 (фиг. 4) в момент раскладывания модулей штанги 1. В сложенном состоянии (фиг. 3) диагональные элементы 5 телескопически сложены, продольные элементы 4 сложены пополам так, что части этого элемента параллельны поперечным элементам 2 и занимают пространство между рамами, образованные этими элементами. На фиг. 4 изображена схема взаимодействия привода штанги с ферменной конструкцией.
Устройство работает следующим образом.
Раскладывание каждого трансформируемого модуля ферменной приводной стержневой конструкции производится внутри корпуса 10 и осуществляется помодульно за счет выталкивания модулей 1 исполнительными частями автоматического привода 9 (фиг. 4). Каждый последующий модуль освобождается для раскладывания после того, как будет полностью разложен предыдущий модуль за счет принудительного поворота продольных элементов 4 под действием привода 9 и собственных пружин. По мере раскладывания модули 1 штанги выталкиваются из корпуса 10 по очереди. Последний модуль 1 закреплен на дне корпуса 10. Раскладывание каждого из модулей 1 осуществляется до фиксации диагональных телескопических стержней 5. Фиксация происходит за счет подпружиненных втулок 7 (фиг. 5), которые располагаются на конце внутреннего стержня 6 телескопического элемента 5. В разложенном положении модуля 1 подпружиненные фиксирующие элементы 7 автоматически высвобождаются и без зазоров, благодаря фиксации на конической поверхности, связывают две части (внутренний и внешний стержень) 6 и 8 каждого из диагональных элементов 5 модуля 1. Дополнительно с раскладыванием продольных элементов 4 за счет раскладывающих модуль пружин и по мере выталкивания каждого из модулей 1 исполнительными частями автоматического привода 9 происходит наваливание опорных площадок (щек) законцовок 11 продольных стержней 4 на ролики 12, установленные в корпусе 10, которые, прокатываясь по опорным площадкам законцовок 11, поворачивают складывающиеся продольные стержни 4, раскрывая модуль 1.
Рассматриваемая ферменная приводная стержневая конструкция прошла успешные испытания по отработке технологии монтажа, а также испытания на развертывание в условиях, имитирующих космическое пространство, а именно в условиях повышенных/пониженных температур в вакууме. Штанга была успешно применена в проекте крупногабаритного антенного космического рефлектора диаметром 48 метров в рамках опытно-конструкторской работы отраслевого значения «Прибор-Рефлектор», осуществленного АО «ИСС».
Преимуществом данного технического решения является достижение полной автоматизации работы штанги, высокая надежность конструкции за счет дублирования приводного механизма пружинами в узлах раскладывания продольных стержней, а также наличие автоматической зачековки (подпружиненных втулок), которая фиксирует каждый модуль штанги по окончании процесса его развертывания. Особенность строения ферменной стержневой конструкции позволяет минимизировать погонную массу при достаточной степени жесткости в разложенном состоянии, а также габариты в сложенном состоянии.