УСТРОЙСТВО УДЕРЖАНИЯ И ОСВОБОЖДЕНИЯ РАСКРЫВАЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
DEVICE FOR CONTAINMENT AND RELEASE OF EXPANDABLE ELEMENTS OF SPACECRAFT DESIGN

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано, в частности, для удержания в транспортировочном положении на участке выведения и быстрого последующего дистанционного освобождения в процессе эксплуатации раскрываемых элементов конструкции космических аппаратов, например, пакетов панелей батарей солнечных, антенн, штанг различных устройств и т.д., защиты их от вибраций, возникающих при старте ракеты.
Из существующего уровня техники известно устройство для фиксации отделяемых в процессе эксплуатации частей изделия от корпуса (патент РФ №2234005), которое содержит связанный с отделяемыми частями цилиндрический корпус и установленную в нем обойму с элементами, фиксирующими шток, соединяющий отделяемые части.
Указанное устройство обладает низкими эксплуатационными характеристиками, а именно, низкой надежностью работы при больших осевых нагрузках за счет возникновения подмятия под шариками, неудобством закрепления отделяемого элемента, высокими требованиями по точности установки, как самого устройства, так и стыковочных мест отделяемого элемента.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для фиксации и разделения элементов конструкции космического аппарата (патент US №5098042 A от 24.03.1992).
Данное устройство содержит удерживающий элемент (штырь), один конец которого выполнен в форме кулачка, и множество шариков, равномерно распределенных вокруг штыря в сферических углублениях обоймы.
Во взведенном состоянии устройства шарики удерживают штырь, контактируя с ним точечно. В момент срабатывания, обойма устройства поворачивается, и шарики равномерно распределяются по сферическим углублениям, тем самым высвобождая штырь из зацепления.
Данное устройство принято за прототип изобретения.
Недостатком данного технического решения является то, что в данном устройстве, при удержании штыря, используются сферические тела качения, а это значит, что при точечном контакте элементов могут происходить подмятия в местах соприкосновения, и после нескольких срабатываний, устройство может выйти из строя. Следовательно, указанное устройство обладает низкими эксплуатационными характеристиками, а именно, низкой надежностью работы при больших осевых нагрузках за счет возникновения подмятия под шариками. Так же устройство не имеет в своем составе датчика, фиксирующего факт отхода элемента конструкции для систем телеметрии и управления, что снижает информативность. Помимо этого, устройство имеет достаточно большую строительную высоту, что ограничивает применяемость в местах, где требуется малая строительная высота устройства, например, если антенна или панель батареи солнечной подходят очень близко к корпусу космического аппарата.
Техническая задача, на решение которой направленно заявляемое изобретение, заключается в реализации устройства удержания и освобождения раскрываемых элементов конструкции космических аппаратов, обеспечивающего более высокую надежность, меньшие габариты, а именно малую строительную высоту, и информативность устройства.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство удержания и освобождения раскрываемых элементов конструкции космических аппаратов, состоящее из отделяемой части, включающей в себя крышку со сквозным отверстием, удерживающий штырь в виде резьбового стержня, резьбовая часть которого необходима для нагружения устройства и удержания отделяемой части от несанкционированного срабатывания, а нижняя часть штыря выполнена в виде конического опорного фланца с тремя плоскими лысками, предназначенными для контакта с поверхностью роликов стационарной части устройства, гайки, пружины, шайбы, и стационарной части, состоящей из корпуса, охваченного пружиной кручения, фиксирующей устройство от срабатывания и сдерживающей от поворота шайбу, выполненную в виде полого цилиндра с внутренней кольцевой проточкой, а также тремя диаметральными пазами для перекатывания по ним роликов, удерживающих сухари в закрытом положении, установленные на осях корпуса и поворачивающиеся на них, фиксирующие ролики, удерживающие штырь от возможности перемещения в осевом направлении, а также пружину и рессору, необходимые для свободного разделения этих частей без заклинивания, съемные элементы, предохраняющие от несанкционированного срабатывания устройства, а также тягу, входящую в комплект и служащую для удержания устройства от срабатывания в транспортировочном положении и отпускания исполнительных элементов устройства для обеспечения их срабатывания, содержит стягивающий штырь, связанный одним своим концом с корпусом, а другим с удерживаемым элементом. Благодаря тому, что связь штыря с корпусом осуществляется через ролики, обеспечивается контакт по линии, а не точечно, что предотвращает подмятия в местах соприкосновения роликов и штыря за счет снижения контактных напряжений. Так же устройство имеет в своем составе датчик, фиксирующий факт отхода элемента конструкции от корпуса космического аппарата, для систем телеметрии и управления, что позволяет повысить информативность устройства, а расположение удерживающих элементов в одной горизонтальной плоскости позволяет обеспечить малую строительную высоту.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, на которых показано:
- на фиг. 1 - общий вид устройства удержания и освобождения раскрываемых элементов конструкции космических аппаратов после срабатывания;
- на фиг. 2 - общий вид устройства удержания и освобождения раскрываемых элементов конструкции космических аппаратов во взведенном состоянии;
- на фиг. 3 - главный вид устройства удержания и освобождения раскрываемых элементов конструкции космических аппаратов в разрезе во взведенном состоянии;
- на фиг. 4 - выносной вид А устройства удержания и освобождения раскрываемых элементов конструкции космических аппаратов;
- на фиг. 5 - сечение В-В устройства удержания и освобождения раскрываемых элементов конструкции космических аппаратов во взведенном состоянии;
- на фиг. 6 - сечение Б-Б устройства удержания и освобождения раскрываемых элементов конструкции космических аппаратов после срабатывания.
Устройство удержания и освобождения раскрываемых элементов конструкции космических аппаратов состоит из отделяемой 1 и стационарной 2 частей. Отделяемая часть устройства состоит из крышки 3 со сквозным отверстием, штыря 4, гайки 5, пружины 6, шайб 7, крышки 8 и гайки 9. Стационарная часть устройства состоит из корпуса 10, шайбы 12, винтов 13, роликов 14, роликов 15, пружины 16, сухарей 17, упоров 18, осей 19, датчика 20, стакана 21, пружины 22, осей 23, рессоры 24, винтов 25, пластины 26, кронштейна 27, съемного элемента 28 и тяги 29. Корпус 10 является силовым коническим основанием замка и имеет места для закрепления на корпусе космического аппарата и крепления фиксирующих элементов штыря: роликов 15 и сухарей 17. Внутри корпуса 10 замка установлен датчик 20, фиксирующий факт отхода элемента конструкции от корпуса космического аппарата, для систем телеметрии и управления. Цилиндрическая поверхность основания устройства охвачена пружиной кручения 16, которая нужна для фиксации от срабатывания и сдерживает от поворота шайбу, расположенную соосно с корпусом 10, в которую установлены ролики 14. Шайба 12 выполнена в виде полого цилиндра с внутренней кольцевой проточкой, а также с тремя диаметральными пазами для перекатывания по ним роликов 14. Также на внешней стороне обоймы имеется зацеп для возможности закрепления одного конца пружины кручения 16 при взведении устройства. Ролики 14 удерживают сухари 17 в закрытом положении, установленные на осях 19 корпуса 10, на которых сухари могут поворачиваться, удерживают ролики 15, которые в свою очередь удерживают штырь 4 от возможности перемещения в осевом направлении. Штырь 4 выполнен в виде резьбового стержня. Резьбовая часть штыря необходима для нагружения устройства и удержания отделяемой части устройства от несанкционированного срабатывания. Нижняя часть штыря выполнена в виде конического опорного фланца с тремя плоскими лысками, предназначенными для контакта с поверхностью роликов 15 устройства. Чтобы в устройстве в процессе разделения отделяемой части от стационарной не произошло заклинивания, в конструкции предусмотрены пружина 22 и рессора 24. Пружина 22 расположена в стакане 21 соосно со штырем 4 и под ним. Рессора 24 расположена между крышкой 3 и корпусом 10 устройства и закреплена винтами 25. Также устройство имеет съемные элементы 28, предохраняющие от несанкционированного срабатывания устройства при изготовлении, сборочных работах, транспортировании в составе изделия и хранении. Тяга 29, которая входит в комплект, служит для удержания устройства от срабатывания в транспортировочном положении и отпускания исполнительных элементов устройства для обеспечения их срабатывания.
Срабатывание и свободное разделение отделяемой 1 и стационарной 2 частей устройства происходит следующим образом. При срабатывании пироузла, спусковой механизм освобождает тягу 29, при этом тяга 29 освобождает шайбу 12, под действием пружины кручения 16 шайба 12 поворачивается в направлении срабатывания устройства. В момент поворота шайбы 12, приводятся во вращение ролики 14, которые перекатываются одновременно по внутренней поверхности шайбы по диаметральным пазам и цилиндрической поверхности сухарей 17. После того как ролики 14 переместились достаточно для того, чтобы сухари могли повернуться относительно оси 19, происходит освобождение роликов 15, которые в свою очередь отклоняются в радиальном направлении, освобождая штырь 4 из зацепления. Как только штырь освобождается, он вытягивается из корпуса 10 в крышку 3 под действием упругих сил деформации пружины 6. Одновременно с пружиной 6, штырь из корпуса выталкивается стаканом 21 при помощи пружины 22. Также стакан 21 отгибает пластину 26 за кронштейн 27, тем самым обеспечивая срабатывание датчика 20.
После того как замок сработал, его повторное взведение и нагружение производится в следующей последовательности. Штырь 4 демонтируется из состава отделяемой части 1 и устанавливается в корпус 10 так, чтобы стакан 21 полностью задавил пружину 22. Удерживая штырь в таком положении, необходимо повернуть шайбу 12 в противоположное срабатыванию направление до того момента, пока не станет возможной установка съемного элемента 28. После установки съемного элемента 28 происходит установка остальных компонентов отделяемой части 1, при этом до установки крышки 8, пружины 6 и гайки 9, производится затяжка гайки 5 необходимым моментом для обеспечения требуемого усилия в стыке между отделяемой и стационарной частями. При затяжке гайки 5, шайбы 7 компенсируют перекосы штыря 4 за счет своих сферических поверхностей. После установки пружины 6 и крышки 8 гайка 9 служит для удержания крышки 8. Для обеспечения разделения отделяемой и стационарной частей друг от друга, в конструкции устройства предусмотрена рессора 24, установленная на корпусе 10 и закрепленная винтами 25. Для ограничения поворота сухарей 17 и обеспечения незападания сухарей 17 за ролики 14 при повторном взведении устройства, возле отверстий для крепления за оси 19 выполнены выступы, благодаря которым сухари не могут поворачиваться на угол, при котором происходит западание сухарей 17 за ролики 14 при взведении устройства. Упоры 18 используются для обеспечения определенного положения роликов 14 после взведения устройства.
Таким образом, как видно из описания конструкции и работы устройства, решена поставленная техническая задача, а именно то, что устройство удержания и освобождения раскрываемых элементов конструкции космических аппаратов содержит корпус, стягивающий штырь, связанный одним своим концом с корпусом, а другим с удерживаемым элементом, и благодаря тому, что связь штыря с корпусом осуществляется через ролики, обеспечивается контакт по линии, а не точечно, что предотвращает подмятия в местах соприкосновения роликов и штыря за счет снижения контактных напряжений. Так же устройство имеет в своем составе датчик, фиксирующий факт отхода элемента конструкции для систем телеметрии и управления, что позволяет повысить информативность устройства, а расположение удерживающих элементов в одной горизонтальной плоскости позволяет обеспечить малую строительную высоту.
На предлагаемое техническое решение разработана конструкторская документация, изготовлены опытные образцы.