РЕШЕТЧАТАЯ РАЗВЕРТЫВАЮЩАЯСЯ КОНСТРУКЦИЯ

Область техники
Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к ферменным стержневым конструкциям и преимущественно может быть использована в космической технике при строительстве крупногабаритных орбитальных сооружений.
Предшествующий уровень техники
Для создания объектов, сопряженных с космическими аппаратами, построения орбитальных станций используются несущие конструкции. Такие конструкции предполагается применять и при создании напланетных баз. Конструкции должны удовлетворять требованиям жесткости, иметь простой вариант развертывания. Кроме того, в исходном состоянии удовлетворять требованиям компактности.
Одним из вариантов построения таких несущих конструкций является решение, в котором используются несколько упругих спиральных элементов соединенных между собой поперечными упругими вставками (US 5977932 B64G 1/22). Конструкция спиральной фермы деформируема и ее можно разместить в небольшом объеме. При развертывании спиральные элементы использует накопленную энергию деформации, чтобы занять рабочую форму без использования дополнительных приводов.
Недостатком технического решения является недостаточная жесткость конструкции. Это исключает возможность ее применения в силу нестабильности положения при изменяющихся нагрузках.
Наиболее близким техническим решением является конструкция, включающая разнесенные, продольные элементы с криволинейным поперечным сечением и множество диагональных элементов, охватывающих и пересекающих продольные элементы, образуя при этом ячейки, каждая из которых ограничена частью из двух разнесенных продольных элементов и двух разнесенных диагональных элементов (US 6560942, B64G 1/22). При этом в точках пересечения диагональные и продольные элементы соединены между собой.
Недостатком данного решения является сложность реализации. Для обеспечения обхвата и пересечения продольных и диагональных элементов, требуется выполнять вращение собранной (готовой) части или оборачивать вокруг продольных элементов диагональные элементы в процессе сборки. Это требует использования дополнительных сложных и габаритных механизмов.
Раскрытие полезной модели
Решетчатая развертывающаяся конструкция, включающая продольные элементы с криволинейной формой поперечного сечения, множество диагональных элементов, охватывающих продольные элементы, средство соединения продольных и диагональных элементов, диагональные элементы, выполнены в виде спирали, каждый виток которой образован прямыми с тремя вершинами, а соединение с продольными элементами выполнено по вершинам. При этом продольные элементы выполнены с поперечным сечением угловой формы, каждая сторона которой сопрягается с одним из диагональных элементов образующих вершину. Возможны варианты исполнения: продольные элементы охватывают диагональные элементы, диагональные элементы охватывают поперечные элементы.
Краткое описание фигур
На фиг. 1, 2 - общий вид конструкции в соответствии с п. 3 и 4.
На фиг. 3 - диагональные элементы конструкции до ее разворачивания.
На фиг. 4 - диагональные элементы конструкции после разворачивания.
На фиг. 5 - поперечное сечение А-А (фиг. 1) в варианте исполнения по п. 3.
Вариант осуществления полезной модели
Открытая решетчатая развертывающаяся конструкция включает продольные элементы 1-3, и множество диагональных элементов 4-18 (фиг. 1, 2). Каждая триада диагональных элементов, например, 4-6, 7-9, 10-12, 13-15, 16-18 и т.д. образует витки 19-23 непрерывной спирали (фиг. 4). Число диагональных элементов и соответственно витков спирали определяется длиной будущей конструкции и не имеет ограничений. Спиральный вид диагональных элементов обеспечивает упрощение конструкции, т.к. представляет собой повторяющиеся, однотипные структурные элементы. За счет этого можно достигнуть наименьших затрат на материалы при изготовлении конструкции.
Криволинейная форма поперечного сечения продольных элементов 1-3 выполняется в виде равностороннего уголка (фиг. 1, 2, 5). Величина угла продольных элементов 1-3, в поперечном сечении, совпадает с проекцией угла, образованного диагональными элементами на плоскость, перпендикулярную продольной оси 24.
В каждой триаде диагональные элементы 4-12 выполнены прямыми (фиг. 3). В точках пересечения диагональные элементы образуют вершины, по которым выполняется соединение с продольными элементами 1-3 (фиг. 3, 4). Соединение в зависимости от материала элементов выполняется сваркой - металлических, склеиванием - не металлических.
Продольные элементы 1-3 выполняются ограниченной длины и стыкуются между собой в процессе разворачивания. Например, по вершинам диагональных элементов 4-12. Продольные элементы 1-3 имеют в поперечном сечении вид уголка (фиг. 5) со сторонами 25-26, 27-28, 29-30. После соединения продольных и диагональных элементов каждая сторона уголка продольного элемента 1-3 сопрягается с одним из диагональных элементов, образующих вершину. Для сечения А-А, изображенного на фиг. 3 это: 25 - 8, 26 - 7, 27 - 7, 28 - 6, 29 - 6, 30 - 5.
В исходном положении, перед разворачиванием витки спирали 19-23 сжаты между собой (фиг. 3) и образуют компактную форму - треугольную призму с полой внутренней зоной 31 и продольной осью 24. Относительное положение витков 19-21 фиксируется внешней деталью, например, скобой (на фиг. условно не показана). При транспортировке зона 31 может быть заполнена продольными элементами 1-3.
При разворачивании, за счет упругой деформации, витки 19-23 смещаются вдоль продольной оси 24. В случае изготовления витков из неупругого материала разворачивание спирали обеспечивается за счет принудительного их смещения вдоль оси 24 и деформации (скручивания) по вершинам спирали. Относительное положение витков 19-23 в конструкции фиксируется за счет их соединения с продольными элементами 1-3 по вершинам витков 19-23. В зависимости от требуемой жесткости выбирается шаг витков 19-21.
Разворачивание конструкции не требует сложных приспособлений и/или операций, в том, числе повышенной точности. Соединение продольных 1-3 и диагональных элементов 19-23 осуществляется в повторяющихся по положению точках, что обеспечивает простую оснастку для их соединения, например, контактную сварку. Сборка конструкции осуществляется из двух типов деталей: спирали и продольных элементов, что существенно упрощает как изделие, так и процесс разворачивания изделия из исходного состояния в рабочее. Прямолинейная форма диагональных элементов 4-12 обеспечивает наиболее рациональную схему нагружения растяжение - сжатие. В сочетании с аналогичной схемой нагружения продольных элементов 1-3, достигается максимальная нагрузочная способность при минимальных габаритах и массе конструкции.
Конструкция отличается компактностью до разворачивания, что является важным фактором для объектов, выводимых в космос. Выполнение поперечных сечений продольных элементов 1-3 с угловой формой, и сопряжением каждой стороны с диагональными элементами 4-12, образующими вершину, обеспечивает четкое их позиционирование. Это упрощает конструкцию, за счет исключения дополнительных элементов, необходимых для фиксации взаимного положения. Кроме того, существенно увеличивается жесткость всей конструкции.
Таким образом, предлагаемое решение реализуется за счет использования двух простых типов элементов: диагональных - в виде спирали, продольных - в виде прямых. Их взаимное расположение при разворачивании не требует использования дополнительных элементов, что обеспечивает упрощение конструкции.