УСТРОЙСТВО КРЕПЛЕНИЯ ИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ К КОСМИЧЕСКОМУ АППАРАТУ

Предлагаемая полезная модель относится к ракетно-космической технике, в частности, к устройствам крепления деталей ракетно-космической техники, и может быть использовано при разработке и изготовлении, например, космических аппаратов с ионными двигателями.
Из уровня техники известно техническое решение по патенту на полезную модель RU 136234 U1, 27.12.2013 (прототип), в котором раскрыто устройство крепления ионного двигателя к космическому аппарату, которое состоит из монтажного и установочного фланцев ионного двигателя и ответных монтажного и установочного фланцев космического аппарата. Причем во фланцах ионного двигателя выполнены равномерно расположенные вокруг центральной оси n крепежных отверстий, а на фланцах космического аппарата выполнены равномерно расположенные вокруг центральной оси n крепежных шпилек.
Известное устройство имеет следующие недостатки: крепление ионного двигателя к космическому аппарату происходит посредством крепления двух опоясывающих корпус фланцев к раме космического аппарата при помощи выходящих из рамы одинаковых шпилек с последующим закреплением на них ионного двигателя гайками. Следовательно, невозможно однозначно и точно позиционировать ионный двигатель на раме космического аппарата, из-за чего может возникнуть проблема в работе всего космического аппарата с точки зрения ориентации и направления вектора тяги ионного двигателя.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является однозначная установка и закрепление ионного двигателя на раме космического аппарата с точки зрения ориентации относительно оси ионного двигателя и точность установки в посадочное место ионного двигателя на раме космического аппарата.
Техническим результатом является обеспечение более точной передачи направления вектора тяги ионного двигателя космическому аппарату.
Для достижения технического результата предлагается устройство крепления ионного двигателя к космическому аппарату, состоящее из монтажного и установочного фланцев ионного двигателя, содержащих равномерно расположенные вокруг центральной оси n крепежных отверстий, и ответных монтажного и установочного фланцев космического аппарата, содержащих равномерно расположенные вокруг центральной оси n крепежных шпилек. В установочном фланце ионного двигателя выполнено установочное отверстие, диаметр которого соответствует диаметру установочной шпильки, выполненной на установочном фланце космического аппарата, при этом в установочном фланце космического аппарата выполнено посадочное отверстие для вставки кольцевого выступа установочного фланца ионного двигателя.
На корпусе ионного двигателя размещены два разных опоясывающих фланца для крепления на раму космического аппарата. Один - монтажный фланец расположен в средней части корпуса и служит для фиксации ионного двигателя по оси координат Ζ. Монтажный фланец притягивает корпус ионного двигателя к раме космического аппарата посредством гаек и выходящих из монтажного фланца космического аппарата шпилек одинакового диаметра. Другой - установочный фланец расположен на конце корпуса и служит для фиксации ионного двигателя по осям координат Χ, Υ. Установочный фланец обеспечивает однозначное расположение ионного двигателя на раме космического аппарата посредством гаек и выходящих из установочного фланца космического аппарата шпилек одинакового диаметра и одной установочной шпильки другого диаметра, а также выполнения посадочного отверстия на установочном фланце космического аппарата.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами.
Фиг. 1 - общая конструкция устройства крепления ионного двигателя к раме космического аппарата.
Фиг. 2 - укрупненно показан узел А крепления ионного двигателя к раме космического аппарата.
Фиг. 3 - укрупненно показан узел Б крепления ионного двигателя к раме космического аппарата.
Фиг. 4 - аксонометрия крепления ионного двигателя к раме космического аппарата.
Как видно на Фиг. 1 у ионного двигателя 1 имеется опоясывающий монтажный фланец 2, который расположен в средней части корпуса ионного двигателя, и опоясывающий установочный фланец 3, расположенный на конце корпуса двигателя. На раме космического аппарата выполнены монтажный фланец 4 и установочный фланец 5. На установочном фланце 5 выполнено посадочное отверстие диаметром D с высокой чистотой поверхности и высокой точностью изготовления. В указанное посадочное отверстие вставляется кольцевой выступ установочного фланца 3 ионного двигателя, при этом выступ выполнен за одно целое с установочным фланцем 3. Указанные посадочное отверстие и кольцевой выступ вместе образуют центрирующую посадку с зазором ионного двигателя на раме космического аппарата. На установочном фланце 5 имеется n шпилек 8 диаметром d (Фиг. 1) и одна установочная шпилька 6 на Фиг. 2. Количество крепежных шпилек или ответных крепежных отверстий n, в зависимости от габаритов двигателя, может составлять от 3 до 10. Установочный фланец 5 и монтажный фланец 4 должны быть расположены так, чтобы при установке ионного двигателя 1 получился гарантированный зазор L как показано на Фиг. 2. На монтажном фланце 2 ионного двигателя 1 выполнены ответные отверстия под крепежные шпильки 8, имеющие диаметр больший, чем диаметр шпилек 8. На установочном фланце 3 ионного двигателя 1 выполнены ответные отверстия под крепежные шпильки 8, имеющие диаметр больший, чем диаметр шпилек 8. Во фланце 3 выполнено также одно установочное отверстие D1, размер (диаметр) которого точно соответствует размеру (диаметру) ответной установочной шпильки 6. Причем вместе они дополнительно обеспечивают центрирующую посадку с зазором (Фиг. 2), что обуславливает однозначную установку ионного двигателя 1 относительно своей оси. Если установочный фланец 3 зацентрован по посадочному отверстию с диаметром D на установочном фланце 5, а также по установочной шпильке 6 с диаметром D1, то ионный двигатель относительно рамы космического аппарата забазирован по осям координат X и Y. Ионный двигатель 1 гайками 7 (Фиг. 2, Фиг. 3) притягивается к шпилькам 6, 8, расположенным на фланцах 4, 5 - это базирует ионный двигатель 1 на раме космического аппарата относительно оси координат Z.
Во время выведения на орбиту ионного двигателя в составе космического аппарата возникают высокие нагрузки, как на сам космический аппарат, так и на ионный двигатель. При этом, основная нагрузка возникает в месте крепления ионного двигателя на раме космического аппарата, а именно на установочных и монтажных фланцах. Так как фланцы ионного двигателя жестко закреплены на раме космического аппарата и вставлены по посадкам, ионный двигатель не смещается относительно космического аппарата и передает ему точное направление вектора тяги.
Все перечисленные выше конструкционные изменения в устройстве крепления ионного двигателя к космическому аппарату приводят к однозначной установке ионного двигателя на космическом аппарате с точки зрения ориентации относительно оси ионного двигателя и точности установки в посадочное место.
Образец предлагаемого устройства крепления ионного двигателя изготовлен и испытан на вибростенде. Также проведены испытания на вибростенде устройства крепления, известного из наиболее близкого аналога (RU 136234 U1, 27.12.2013).
Для осуществления испытаний ионный двигатель был закреплен с помощью указанных креплений на макете космического аппарата. При этом коэффициенты усиления в местах крепления ионного двигателя к приспособлению, имитирующему раму космического аппарата, были равны 1.
Результаты испытаний приведены в таблице:
Приведенные результаты показывают, что предлагаемое устройство крепления при большем количестве циклов нагружения и больших нагрузках обеспечивает точную установку, без смещения, ионного двигателя на космическом аппарате, и подтверждают достижение технического результата предлагаемой полезной модели.