СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ НАГРУЗКИ С УЧЕТОМ ЭНЕРГИИ ПРУЖИННОГО ТОЛКАТЕЛЯ
METHOD OF DETACHMENT OF DISPOSABLE LOADS WITH ACCOUNT OF SPRING PUSHER ENERGY

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для освобождения отделяемых в процессе эксплуатации и многоразовой отработки силовых крупногабаритных агрегатов, например головных обтекателей, отсеков и ступеней ракет-носителей, подвесных баков летательных аппаратов, космических аппаратов и других полезных нагрузок (ПН).
Наиболее близким к заявленному является способ, включающий в себя определение расчетным путем величин начальных усилий срабатывания каждого пружинного толкателя, устанавливаемого на систему отделения ПН. На начальной подготовке каждый пружинный толкатель устанавливается с учетом положения центра масс ПН. Перед закреплением ПН проводится настройка пружинного толкателя при помощи шпильки на расчетные усилия, необходимые для отделения ПН с заданной скоростью (патент RU 2293691 С2 от 20.02.2007 г.).
К недостаткам устройства-прототипа следует отнести то, что пружинные толкатели настраивают на расчетное усилие в зависимости от их положения по отношению к центру масс ПН без учета энергии пружины толкателя, что приведет к закручиванию ПН.
Для выбора усилия пружинных толкателей устройства-прототипа (к примеру, расположенные вдоль оси Y) используют формулы (см. фиг. 2 патента RU 2293691 С2)
где Р - номинальное усилие настройки пружинных толкателей, необходимое для обеспечения линейной скорости отхода ПН при отсутствии смещения центра масс;
Δу - величина фактического смешения центра масс ПН по оси Y;
R - радиус окружности установки пружинных толкателей вокруг оси X.
Для определения равенства соотношения первого пружинного толкателя относительно второго пружинного толкателя с учетом расположения расчетного центра масс ПН допустим
Р=100 кгс;
R=1000 мм;
Δу=100 мм
1
L=R-Δy=1000-100=900 мм
2
L=R+Δy=1000+100=1100 мм
1
1
3
2
P⋅L=P⋅L
120⋅900≠80⋅1100
Выводы
1. Данное равенство является неверным, но если из формул №1 и №2 исключить двойку, то получим
1
1
3
2
P⋅L=P⋅L
110⋅900=90⋅1100
При этом не учитывается запасенная энергия в каждом толкателе, что приведет к закручиванию ПН.
2. При применении одинаковых пружинных толкателей получаем, что увеличивая силу - увеличиваем ход пружины толкателя, уменьшая силу - уменьшаем ход пружины толкателя. Поэтому при срабатывании после завершения работы пружины толкателя с меньшим ходом вторая пружина продолжает толкать ПН, что приведет к ее закручиванию.
3. Если в пружинном толкателе сохранить ход одинаковым, то распределение сил на всем ходе пружинного толкателя уже не соответствует равенству статических моментов, т.к. сила меняется, а плечо действия остается неизменным.
2
4. Если предположить, для наглядности, что ход пружин с меньшим усилием обеспечивает в конце Р=0, то получим
К достоинству устройства-прототипа следует отнести то, что пружинный толкатель регулируется на различное расчетное усилие.
Целью изобретения является применение способа отделения полезной нагрузки с учетом энергии пружинного толкателя.
Цель изобретения достигается тем, что в способе отделения полезной нагрузки с учетом энергии пружинного толкателя, включающем использование удерживающего устройства и средств разделения, выполненных в виде группы пружинных толкателей, с помощью удерживающего устройства обеспечивают удержание и одновременное срабатывание всех пружинных толкателей, согласно изобретению в зависимости от фактического центра масс полезной нагрузки (ПН) или геометрического центра масс применяют подбор пружинных толкателей с различной энергией, для этого:
в каждом пружинном толкателе определяют действительную энергию пружины согласно формуле
располагают пружинные толкатели с максимальной или минимальной энергией диаметрально противоположно друг другу и определяют смещение энергии пружин толкателей Az, Ау по осям z, у по формулам
определяют радиус смещения энергии пружин толкателей относительно геометрического центра масс по формуле
С целью исключения закручивания ПН относительно его продольной оси располагают пружинные толкатели попеременно с правой и левой навивкой.
Техническая сущность предложенного способа поясняется фигурами.
На фиг. 1 изображено смещение относительно геометрического центра масс ПН.
На фиг. 2 показана возможная расстановка пружин в изделии.
На фиг. 3 показан толкатель в рабочем положении.
На фиг. 4 изображено изменение усилия пружины.
2
1
ост
В каждый момент процесса отделения учитывается зависимость усилия толкателя, необходимого для обеспечения линейной скорости (Р) отхода ПН и длины пружины (l). При этом сила в пружинном толкателе уменьшается пропорционально ходу: сначала усилие пружины при рабочей деформации (P), далее усилие пружины при предварительной деформации (P), затем остаточное усилие пружины (Р). Поэтому необходимо учитывать запасенную энергию в каждом толкателе (фиг. 4).
Имея набор пружинных толкателей с различной энергией (из-за погрешности изготовления), соблюдается условие подбора, где суммарный вектор энергии пружинных толкателей располагается в геометрическом центре ПН.
При необходимости, зная фактический центр масс ПН, можно применить подбор расстановки пружинных толкателей с различной энергией, где суммарный вектор пружинных толкателей располагается в проекции фактического центра масс ПН.
Осуществление способа.
1. Относительно геометрического центра масс подбирается вектор энергии пружинного толкателя.
а) Определяется действительная энергия для каждого пружинного толкателя по формуле
где F - сила пружины, сжатой на высоту l, Н;
l - высота поджатой пружины, м;
0
l - высота свободной пружины, м.
б) Для исключения закручивания ПН располагаем пружинные толкатели с максимальной или минимальной энергией диаметрально противоположно друг другу.
в) Определяем смещение энергии пружин толкателей Az, Ау по осям z, у по формулам
Z, Y - геометрические параметры, определяющие расположение пружинных толкателей при применении их для отделения ПН, м.
R
г) Определяем радиус A смещения энергии пружинных толкателей относительно геометрического центра масс по формуле
Смещение относительно геометрического центра масс ПН является минимальным.
2. С целью исключения закручивания ПН относительно его продольной оси располагаем пружинные толкатели попеременно с правой и левой навивкой.
Пружинные толкатели 3 устанавливают симметрично относительно геометрического центра, по окружности радиуса R и удерживаются удерживающим устройством 7, выполненным в виде механического замка. Нижняя часть пружины 9 закрепляется на кронштейн 4, который закреплен на устройстве отделения 1 параллельно плоскости разделения. Пружина толкателя 3 упирается в тарель 6, которая удерживается болтом 8 на кронштейне 5. Кронштейн 5 закреплен на ПН 2 параллельно плоскости разделения. Компоновка установки пружинного толкателя 3 может изменяться в зависимости от требований к процессу отделения.
После срабатывания удерживающего устройства 7 одновременно освобождаются и включаются в работу все пружинные толкатели 3, отделяя ПН 2 от устройства отделения 1 с заданной линейной скоростью исключая закручивание относительно продольной оси ПН 2.
Таким образом, учитывая энергию каждого пружинного толкателя достигается отделение с заданной линейной скоростью ПН и исключение закручивания ПН относительно продольной оси.
Подбор пружинных толкателей позволяет использовать серийное изготовление пружинных толкателей со значительной погрешностью в энергетике при изготовлении, тем самым фактически исключая выбраковку пружин толкателя.