Адаптер в виде многогранной конической оболочки из композиционных материалов

Техническое решение относится к аэрокосмической технике, в частности, к оболочечным конструкциям и может быть использовано в конструкциях корпусов или отсеков-адаптеров летательных аппаратов, применяемых в ракетно-космической отрасли.
Известен адаптер для попутного выведения полезных нагрузок (Патент RU 2624959 от 11.07.2017), включающий ферму, содержащую верхний и нижний пояс и два яруса треугольных решеток, соединенных промежуточным поясом, при этом верхний ярус фермы выполнен в виде цилиндра, а нижний выполнен в виде усеченного конуса, при этом адаптер содержит, по крайней мере, одно первое средство крепления попутных нагрузок, и, по крайней мере, одно второе средство крепления попутных нагрузок, каждое из первых средств крепления попутных нагрузок содержит корпус, выполненный в виде ящика, дно которого перекрыто панелью, наружная сторона которой ориентирована в сторону от продольной оси адаптера, при этом корпус каждого из первых средств крепления попутных нагрузок закреплен перед пролетом верхнего яруса фермы, причем верхняя часть его корпуса закреплена на двух смежных опорных углах верхнего пояса фермы, нижняя часть корпуса вблизи середины закреплена на опорном узле промежуточного пояса фермы, а углы нижней части корпуса стержнями соединены с раскосами верхнего яруса фермы, каждая из вторых средств крепления попутных нагрузок содержит каркас, выполненный в виде прямой призмы с треугольным основанием и снабженный силовыми элементами, пропущенными вдоль боковых ребер и сторон оснований каркаса, а также основную панель, перекрывающую пролет между первым и вторым боковыми ребрами каркаса, каждая из вторых средств крепления попутных нагрузок расположено перед нижним ярусом фермы, при первое ребро каркаса соединено с тремя смежными опорными узлами промежуточного пояса фермы, а третье ребро каркаса соединено с двумя смежными опорными узлами нижнего пояса фермы.
Известен адаптер для попутного выведения полезных нагрузок (Патент RU 148483 от 10.12.2014), содержащий силовую ферму, средство крепления осевой полезной нагрузки и, по крайней мере, одно средство крепления боковой полезной нагрузки, при этом средства крепления осевой полезной нагрузки и боковой полезнойнагрузки закреплены на силовой ферме, причем средство крепления осевой полезной нагрузки размещено внутри силовой фермы, а средство крепления боковой полезной нагрузки размещено снаружи силовой фермы, силовая ферма включает верхний и нижний пояса, восемь стоек, размещенных параллельно продольной оси адаптера, опорные узлы и диагональные раскосы, которые размещены между парами смежных стоек, за исключением, по крайней мере, одной пары смежных стоек, между стойками которой размещена прямоугольная платформа, при этом упомянутое средство крепления осевой полезной нагрузки выполнено в виде решетки, составленной из четырех балок, концы каждой из которых закреплены на противоположных опорных узлах нижнего пояса фермы, при этом на указанных балках расположены места установки осевой полезной нагрузки и средства ее отделения.
Недостатком данного изобретения является большая масса конструкции, а также сложность конструкции, вызванная наличием большого количества применяемых элементов.
В качестве ближайшего аналога-прототипа выбран адаптер оболочечного типа (CN 201010254971 от 17.08.2010), применяющийся для переноса нагрузки между спутником и ракетой-носителем, характеризующийся тем, что содержит усеченную коническую конструкцию оболочечного типа, на верхней части которой с помощью заклепочного соединения установлен верхний концевой шпангоут, на верхнем шпангоуте сформирована плоскость для контакта поверхностей и установки зажимного блока, позволяющая осуществить монтаж со спутником или ракетой-носителем, на нижней части усеченной конической конструкции оболочечного типа установлен с помощью заклепочного соединения нижний концевой шпангоут, который служит для обеспечения транспортировки спутника, верхний и нижний концевые шпангоуты соединяются воедино с помощью оболочки, которая служит для переноса нагрузки, передающейся ракете-носителю от спутника.
Данное изобретение принято за прототип.
Недостатком прототипа является большая масса конструкции, вызванная применением верхнего и нижнего концевых шпангоутов, которые выполнены в виде монолитной конструкции, а также невозможность проведения работ внутри адаптера из-за отсутствия в конструкции вырезов, что делает невозможным использование внутреннего пространства адаптера.
Задачей технического решения является создание высоконадежного адаптера в виде многогранной конической оболочки из композиционных материалов малоймассы, осуществляющего локальный интерфейс закрепления космического аппарата на ракете-носителе с возможностью использования внутреннего пространства адаптера.
Техническим результатом является снижение массы адаптера с одновременным осуществлением локального интерфейса закрепления космического аппарата на ракете-носителе и обеспечением жесткостных и прочностных характеристик.
Поставленная задача решается благодаря тому, что адаптер в виде многогранной конической оболочки из композиционных материалов, применяющийся для передачи нагрузки между космическим аппаратом и ракетой-носителем, включающий в себя конструкцию оболочечного типа, верхний концевой шпангоут и нижний концевой шпангоут, скрепленные с конструкцией оболочечного типа с помощью заклепочного соединения, характеризующийся тем, что конструкция оболочечного типа представляет собой многогранную коническую оболочку, выполненную из композиционных тканевых заготовок, скрепленных между собой с помощью полимерного связующего, при этом для оптимального распределения напряжений смежные ребра граней проходят вдоль линий, проходящих через ближайшие узлы закрепления космического аппарата и ракеты-носителя, а сами грани сопряжены по радиусу. Верхний концевой шпангоут выполнен с локальными интерфейсными площадками, используемые для закрепления космического аппарата, и установочными площадками, служащими для закрепления шпангоута на многогранной конической оболочке. Нижний концевой шпангоут выполнен в виде отдельных интерфейсных накладок, имеющих посадочную часть для установки адаптера на ракете-носителе, и опорную часть, форма которой принята из условия ее установки на многогранной конической оболочке. А на многогранной конической оболочке между интерфейсными накладками выполнены краевые вырезы.
Кроме того, предложенное техническое решение характеризуется тем, что для снижения массы и возможности использования пространства внутри адаптера на многогранной конической оболочке имеются вырезы.
Кроме того, предложенное техническое решение характеризуется тем, что для обеспечения повышенной жесткости на смежных ребрах граней выполнены усиления за счет увеличения количества слоев композиционных тканевых заготовок.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен адаптер в виде многогранной конической оболочки с трапециевидными гранями, на фиг. 2 изображено сечение А-А интерфейсной накладки, на фиг. 3изображен адаптер в виде многогранной конической оболочки с выполненными вырезами на трапециевидных гранях, на фиг.4 изображен адаптер в виде многогранной конической оболочки с трапециевидными гранями и выполненными усилениями вдоль смежных ребер граней, на фиг. 5 изображен адаптер в виде многогранной конической оболочки с треугольными гранями, на фиг. 6 изображен адаптер в виде многогранной конической оболочки с выполненными вырезами на треугольных гранях, на фиг. 7 изображен адаптер в виде многогранной конической оболочки с треугольными гранями и выполненными усилениями вдоль смежных ребер граней.
Адаптер в виде многогранной конической оболочки из композиционных материалов содержит многогранную коническую оболочку 1, выполненную из скрепленных между собой с помощью полимерного связующего композитных тканевых заготовок. Направление армирования композиционных волокон в каждом слое соответствует выбранной схеме армирования, которая зависит от приходящих на адаптер нагрузок. В связи с тем, что смежные ребра граней располагаются на линиях, которые проходят через ближайшие узлы закрепления космического аппарата 2 и ракеты-носителя 3, грани многогранной конической оболочки 1 могут иметь форму трапеции, если ближайшие узлы космического аппарата 2 и ракеты-носителя 3 расположены в одной плоскости, или иметь треугольную форму, если ближайшие узлы космического аппарата 2 и ракеты-носителя 3 расположены с угловым смещением относительно друг друга. Грани многогранной конической оболочки 1 сопряжены между собой по радиусу. На адаптере с помощью заклепочного соединения установлен верхний кольцевой шпангоут 4, имеющий в своем составе локальные интерфейсные 5 и установочные площадки 6. Локальные интерфейсные площадки используются для установки космического аппарата 2. Для установки адаптера на ракете-носителе 3 в нижней его части установлены интерфейсные накладки 7. Интерфейсные накладки 7 состоят из посадочной части 8, в которых выполнены посадочные отверстия для установки адаптера на ракете-носителе 3, и опорные части 9, служащие для закрепления многогранной конической оболочки 1. Опорные части 9 выполнены из условия их установки на многогранную коническую оболочку 1. На многогранной оболочке 1 в зонах между интерфейсными накладками 7 выполнены краевые вырезы 10, обусловленные тем, что эти зоны -малонагруженные.
Кроме того, вырезы 11, выполненные на гранях многогранной конической оболочки, позволяют снизить массу адаптера и использовать пространство внутри адаптера, что делает конструкцию адаптера более эффективной.
Кроме того, при повышенных нагрузках, приходящих на адаптер, на смежных ребрах граней выполнены усиления 12 в виде увеличения количества слоев композиционных тканевых заготовок.
Обеспечение локальных интерфейсов благодаря применению особых конструкции верхнего концевого шпангоута и интерфейсных накладок, композиционных материалов и удалению материала в малонагруженных зонах многогранной конической оболочки позволяет снизить массу адаптера. А использование многогранной оболочки позволяет оптимизировать перенос нагрузки с космического аппарата на разгонный блок, что обеспечивает жесткостные и прочностные характеристики адаптера и повышает надежность закрепления космического аппарата на ракете-носителе в целом.