Силовая конструкция космического аппарата

Полезная модель относится к конструкциям и компоновке изделий космической техники, а точнее, корпусных деталей из полимерных композиционных материалов, в том числе размеростабильных, применяемых в ракетной и авиационной технике, работающих в условиях повышенных нагрузок.
Известна подкрепленная оболочка вращения из полимерных композиционных материалов (RU №2486101), состоящая из обшивки и набора ребер, располагающихся с внешней стороны обшивки, в конструкцию крайних кольцевых ребер введены отверстия и закладные металлические элементы в виде втулки, устанавливаемые в отверстия.
Недостатком этого устройства является отсутствие внутренних перегородок и вырезов на оболочке, что усложняет процесс монтажа оборудования внутри оболочки.
В качестве ближайшего аналога-прототипа выбрана силовая конструкция платформы космического аппарата (RU №2622304), содержащая боковые панели, корпус силовой конструкции представляет собой углепластиковую сетчатую конструкцию в форме цилиндрической трубы, установленной одним из своих оснований внутри прямоугольного параллелепипеда коаксиально с его осью; при этом параллелепипед состоит из панели-основания и верхней панели, соединенных с цилиндрической трубой посредством уголков, а между собой - опорными панелями, закрепленных между собой с помощью кронштейнов; по краю панели-основания верхней панели расположены приборные панели и панели радиатора аккумуляторных батарей, которые соединены с опорными панелями кронштейнами; внутри цилиндрической трубы вмонтирован блок панелей, используемый для крепления топливных баков.
Недостатком прототипа является неэффективное использование пространства внутри силового корпуса - это пространство частично занято только топливными баками, в то время как остальное оборудование размещается на поверхности панелей прямоугольного параллелепипеда. Недостатком также является сложность обслуживания установленного внутри силовой конструкции платформы оборудования: при проведении контрольно-юстировочных работ доступ к оборудованию ограничен опорными и приборными панелями параллелепипеда. Помимо этого, размещенное на панелях параллелепипеда оборудование создает дополнительные нагрузки на точки крепления параллелепипеда к центральной силовой трубе. Это приводит к необходимости усиливать эти точки и влечет за собой увеличение массы силовой конструкции платформы в целом.
Задачей полезной модели является повышение прочности, жесткости, устойчивости конструкции, размерной стабильности, а также увеличение плотности компоновки оборудования внутри конструкции и снижения ее массы.
Поставленная задача решается тем, что в силовой конструкции космического аппарата, содержащей композитный корпус силовой конструкции, представляющий собой конструкцию в форме цилиндрической оболочки, внутри цилиндрической оболочки вмонтирован блок панелей, согласно заявленной полезной модели, композитный корпус выполнен слоистым, состоящим из двух углепластиковых цилиндрических оболочек -наружной и внутренней, жестко связанных между собой при помощи срединного слоя из легкого алюминиевого сотового заполнителя; на поверхности цилиндрического корпуса выполнены сквозные отверстия прямоугольной формы и различных размеров; блок панелей состоит из горизонтальных и вертикальных панелей, соединенных между собой, а также с корпусом силовой конструкции.
Техническим результатом полезной модели является:
1. использование в качестве внутреннего и наружного силовых слоев композиционного материала, например углепластика, имеющего высокий модуль упругости и низкий коэффициент линейного теплового расширения, что увеличивает общую прочность конструкции при воздействии механических и температурных нагрузок, а также обеспечивает максимальную размеростабильность;
2. снижение массы конструкции при сохранении механических характеристик за счет применения для срединного слоя легкого алюминиевого сотового заполнителя, что обеспечивает:
- увеличение плотности компоновки оборудования за счет введения в состав конструкции внутренних горизонтальных и вертикальных перегородок;
- повышение удобства обслуживания оборудования внутри конструкции за счет наличия прямоугольных вырезов в цилиндрической оболочке;
- наличие прямоугольных сквозных отверстий (вырезов) переменной в кольцевом направлении ширины позволяет обеспечить необходимую переменную в осевом направлении жесткость.
Силовая конструкция космического аппарата, представленная на Фиг. 1, состоит из композитного корпуса 1 в виде двух углепластиковых цилиндрических оболочек разного диаметра - наружной 2 и внутренней 3 (Фиг. 2), расположенных концентрично и жестко связанных между собой при помощи срединного слоя 4 (Фиг. 2), выполненного из легкого заполнителя, например, алюминиевого сотового заполнителя. В корпусе выполнены сквозные отверстия прямоугольной формы и различных размеров. Прямоугольная форма отверстий позволяет максимально снизить массу конструкции, обеспечивает наибольшее удобство при обслуживании расположенного внутри корпуса оборудования. Переменная в кольцевом направлении ширина отверстий позволяет обеспечить необходимую переменную в осевом направлении жесткость корпуса в целом. Внутри корпуса расположен блок панелей для монтажа оборудования, в том числе топливных баков, состоящий из вертикальных 5 и горизонтальных 6 внутренних перегородок. Вертикальные и горизонтальные перегородки предназначены также для повышения жесткости и устойчивости силовой конструкции космического аппарата в целом. Количество внутренних перегородок и отверстий, их длина, ширина и зоны расположения могут быть различными, зависят от конкретного задания и определяются специальным расчетом. Соединение внутренних перегородок между собой и с корпусом 1 может осуществляться металлическими кронштейнами и углепластиковыми уголками (на фиг. не показаны). В цилиндрической части и в перегородках организованы точки крепления блока панелей и оборудования в виде вставок и закладных элементов (на фиг. не показаны). Соединение силовой конструкции космического аппарата со средством выведения осуществляется с помощью интерфейсного кольца 7.
Описанная выше силовая конструкция космического аппарата работает следующим образом. На начальном этапе сборки внутренние вертикальные 5 и горизонтальные 6 перегородки соединяют между собой с помощью кронштейнов и уголков. Далее на внутренние перегородки устанавливают необходимые приборы и системы космического аппарата. На следующем этапе внутренние перегородки с оборудованием устанавливаются в цилиндрическую часть композитного корпуса 1 и соединяются с ней кронштейнами. В нижней части полученной сборки устанавливают интерфейсное кольцо 7.
Предлагаемая силовая конструкция космического аппарата позволяет добиться высоких прочностных и жесткостных характеристик космического аппарата в целом, а также позволяет добиться снижения массы корпуса при сохранении его механических характеристик.