СИСТЕМА ОТДЕЛЕНИЯ ОТСЕКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА (ВАРИАНТЫ)
AIRCRAFT COMPARTMENT SEPARATION SYSTEM (VERSIONS)

Изобретение относится к летательным аппаратам, транспортируемым другими летательными аппаратами и отделяемым в полете, а также к системам стыковки и расстыковки космических кораблей или их частей.
Известна система отделения отсека летательного аппарата (головной его части), представленная в книге ″Теория полета и конструкция баллистических ракет″ И.Н.Пенцак, ″Машиностроение″, Москва, 1974 г. на стр.235 и рис.12.6, принятая за прототип, содержащая устройство крепления, выполненное с возможностью расфиксации крепления (разрывные болты), и устройство отделения, включающее баллон со сжатым газом, сообщенный через электропневмоклапан с надпоршневой полостью пневматического цилиндра, поршень которого соединен с толкателем, ось которого направлена к центру тяжести отделяемого отсека в состыкованном положении, который при этом снабжен упорным элементом, содержащим контактную поверхность для взаимодействия с толкателем. Толкатель зафиксирован относительно корпуса цилиндра срезной шпилькой, после срезания которой, в процессе выдвижения толкателя, обеспечивается свобода для флуктуационных изменений угла наклона корпуса отделяемого отсека к толкателю (периодическому боковому отклонению от направления толкателя), которым он подвергается вследствие пульсаций параметров воздушного потока и упругих колебаний корпуса летательного аппарата.
Как вариант, известная система отделения может содержать устройство отделения, снабженное по крайней мере одной парой толкателей, оси которых параллельны, а средняя линия между ними проходит через центр тяжести отделяемого отсека в состыкованном положении, что обеспечивает возможность размещения между ними, например, сопла двигателя отделяемого отсека.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с признаками первого варианта предлагаемой системы отделения отсека летательного аппарата, являются следующие: система отделения отсека летательного аппарата, содержащая устройство крепления, выполненное с возможностью расфиксации крепления и устройство отделения, снабженное толкателем, ось которого направлена к центру тяжести отделяемого отсека в состыкованном положении, который при этом снабжен упорным элементом, содержащим контактную поверхность для взаимодействия с толкателем.
Существенными прототипа, совпадающими с признаками второго варианта предлагаемой системы отделения летательного аппарата, являются следующие: система отделения отсека летательного аппарата, содержащая устройство крепления, выполненное с возможностью расфиксации крепления и устройство отделения, снабженное, по крайней мере, одной парой толкателей, оси которых параллельны, а средняя линия между ними проходит через центр тяжести отделяемого отсека в состыкованном положении, при этом отделяемый отсек снабжен упорными элементами, содержащими контактные поверхности для взаимодействия с соответствующими толкателями.
В процессе отделения отсека летательного аппарата, вследствие пульсаций параметров воздушного потока, упругих колебаний корпуса летательного аппарата и отделяемого отсека, направление силы толкателя периодически отклоняется от направления на центр тяжести отделяемого отсека, поэтому на отделяемый отсек действует пульсирующий момент силы отталкивания относительно его центра тяжести, что увеличивает динамические нагрузки, действующие на конструкцию отделяемого отсека и устройства отталкивания, вызывает вращение отделяемого отсека вокруг его центра тяжести и увеличивает погрешность параметров движения отсека после отделения (пространственного положения, скорости полета) и, как следствие, требует дополнительных затрат энергии на стабилизацию параметров отсека после отделения.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение точности отделения отсека летательного аппарата, уменьшение динамических нагрузок на отделяемый отсек и устройство отделения и уменьшение затрат энергии на стабилизацию положения отсека после отделения от летательного аппарата.
Для решения задачи в системе отделения отсека летательного аппарата по первому варианту, содержащей устройство крепления, выполненное с возможностью расфиксации крепления и устройство отделения, снабженное толкателем, ось которого направлена к центру тяжести отделяемого отсека в состыкованном положении, который при этом снабжен упорным элементом, содержащим контактную поверхность для взаимодействия с толкателем, контактная поверхность упорного элемента выполнена в виде участка сферы, геометрический центр которой расположен в центре тяжести отделяемого отсека, при этом твердость материала упорного элемента превышает твердость материала контактирующей с ним части толкателя. Дополнительно, для уменьшения влияния на процесс отделения случайных факторов (неоднородности атмосферы, порывов ветра), упорный элемент снабжен кольцевым буртиком, расположенным по периферии его контактной поверхности. Кроме того, для увеличения несущей способности, внутренняя поверхность кольцевого буртика выполнена с коническим сужением к контактной поверхности упорного элемента.
Для решения задачи в системе отделения отсека летательного аппарата по второму варианту, содержащей устройство крепления, выполненное с возможностью расфиксации крепления и устройство отделения, снабженное, по крайней мере, одной парой толкателей, оси которых параллельны, а средняя линия между ними проходит через центр тяжести отделяемого отсека в состыкованном положении, при этом отделяемый отсек снабжен упорными элементами, содержащими контактные поверхности для взаимодействия с соответствующими толкателями, контактные поверхности упорных элементов выполнены в виде участков сферы, геометрический центр которой расположен в центре тяжести отделяемого отсека, при этом твердость материала каждого упорного элемента превышает твердость материала контактирующей с ним части соответствующего толкателя.
Отличительными признаками предлагаемой системы отделения отсека летательного аппарата по первому варианту являются следующие: контактная поверхность упорного элемента выполнена в виде участка сферы, геометрический центр которой расположен в центре тяжести отделяемого отсека, при этом твердость материала упорного элемента превышает твердость материала контактирующей с ним части толкателя; упорный элемент снабжен кольцевым буртиком, расположенным по периферии его контактной поверхности; внутренняя поверхность кольцевого буртика выполнена с коническим сужением к контактной поверхности упорного элемента.
Отличительными признаками предлагаемой системы отделения отсека летательного аппарата по второму варианту являются следующие: контактные поверхности упорных элементов выполнены в виде участков сферы, геометрический центр которой расположен в центре тяжести отделяемого отсека, при этом твердость материала каждого упорного элемента превышает твердость материала контактирующей с ним части соответствующего толкателя; упорные элементы снабжены кольцевыми буртиками, расположенными по периферии их контактных поверхностей; внутренние поверхности кольцевых буртиков выполнены с коническим сужением к контактной поверхности соответствующего упорного элемента.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными, указанными в ограничительной части формулы, достигается следующий технический результат: уменьшаются динамические нагрузки, действующие на конструкцию отделяемого отсека и устройства
отталкивания, и погрешность параметров движения отсека после отделения (пространственного положения, скорости полета) и, как следствие, затраты энергии на стабилизацию параметров отсека после отделения.
Предложенные технические решения могут найти применение в авиационной и космической технике для, преимущественно, беспилотных летательных аппаратов с разгонными и отделяемыми отсеками.
Изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг.1 и 2.
На фиг.1 представлен вариант системы отделения отсека летательного аппарата с устройством отделения, снабженным одним толкателем, ось которого проходит через центр тяжести отделяемого отсека в состыкованном с летательным аппаратом положении.
На фиг.2 представлен вариант системы отделения отсека летательного аппарата с устройством отделения, снабженным, по крайней мере, одной парой толкателей, оси которых параллельны, а средняя линия между ними проходит через центр тяжести отделяемого отсека в состыкованном с летательным аппаратом положении.
Представленный на фиг.1 первый вариант системы отделения отсека 1 летательного аппарата 2 содержит устройство 3 крепления, выполненное с возможностью расфиксации крепления и устройство 4 отделения, снабженное толкателем 5, ось которого направлена к центру 6 тяжести отделяемого отсека 1 в состыкованном положении, который при этом снабжен упорным элементом 7 для взаимодействия с толкателем 5. Наружная поверхность упорного элемента 7 выполнена в виде участка сферы, геометрический центр которой расположен в центре 6 тяжести отделяемого отсека 1, при этом твердость материала упорного элемента 7 превышает твердость материала контактирующей с ним части толкателя 5. Упорный элемент 7 снабжен кольцевым буртиком 8, расположенным по периферии его наружной поверхности. Внутренняя поверхность кольцевого буртика 8 выполнена с коническим сужением к поверхности упорного элемента 7. В системе отделения по второму варианту  (фиг.2) устройство 4 отделения снабжено по крайней мере одной парой толкателей 9 и 10, оси которых параллельны, а средняя линия между ними проходит через центр 6 тяжести отделяемого отсека 1 в состыкованном положении, при этом отделяемый отсек 1 снабжен упорными элементами 11 и 12 для взаимодействия с толкателями. Наружные поверхности упорных элементов 11 и 12 выполнены в виде участков сферы, геометрический центр которой расположен в центре 6 тяжести отделяемого отсека 1. Упорные элементы 11 и 12 снабжены кольцевыми буртиками 13 и 14, соответственно, расположенными по периферии их наружных поверхностей. Внутренние поверхности кольцевых буртиков 13 и 14 выполнены с коническим сужением к наружной поверхности упорных элементов 11 и 12.
Система отделения отсека 1 летательного аппарата 2 по первому варианту работает следующим образом. Задействуются устройства 3 и 4. При этом толкатель 5 создает усилие в направлении центра 6 тяжести на контактную поверхность упорного элемента 7. Под действием усилия толкателя 5 устройства 4 отделения со стороны летательного аппарата 2 и ответной реакции со стороны упорного элемента 7 отделяемый отсек 1 и летательный аппарат 2 подвергаются ускорению в противоположных направлениях с увеличением расстояния между ними. Благодаря меньшей твердости материала части толкателя 5, взаимодействующей с контактной поверхностью упорного элемента 7, контактное пятно при их взаимодействии образуется за счет деформации материала толкателя 5 в виде элемента поверхности сферы радиуса R, копируя форму поверхности упорного элемента 7. При флуктуации угла наклона корпуса отделяемого отсека 1 к направлению оси толкателя 5 (периодическом изменении угла наклона в произвольном направлении), контактное пятно от взаимодействия толкателя 5 с упорным элементом 7 будет произвольно перемещаться в пределах контактной поверхности упорного элемента 7. Благодаря тому, что контактное пятно образовано в виде элемента поверхности сферы радиуса R, его положение будет всегда нормально к центру тяжести отделяемого отсека, а результирующая сила от давления, создаваемого в контактном пятне толкателем 5, при любом положении контактного пятна на контактной поверхности упорного элемента 7, будет направлена по радиусу сферы R, проведенному из центра контактного пятна в геометрический центр сферы, расположенный в центре тяжести 6 отделяемого отсека 1. Поэтому во время от начала до полного выхода толкателя 5 из устройства 4 отделения импульсы момента от силы воздействия толкателя 5 на упорный элемент 7, относительно центра тяжести 6 отсека 1 не возникают, что уменьшает динамические нагрузки на систему отделения отсека 1 и предотвращает вращение отделяемого отсека 1 вокруг его центра тяжести 6. При воздействии случайных факторов (порывы ветра, прохождение летательного аппарата через зоны нестационарности атмосферы), в случае выхода угла наклона корпуса отделяемого отсека 1 к толкателю 5 за пределы диапазона флуктуационных отклонений этого угла, толкатель 5 упирается в кольцевой буртик 8, что обеспечивает создание момента силы противодействия относительно центра тяжести 6, препятствующего дальнейшему повороту отсека 1 вокруг его центра тяжести 6, и ограничивает максимальный угол поворота корпуса отсека 1 относительно направления оси толкателя 5. Благодаря тому, что внутренняя поверхность кольцевого буртика 8 выполнена с коническим сужением к контактной поверхности упора 7, при флуктуационном вращении отделяемого отсека 2 вокруг его центра тяжести 6 в любую произвольную сторону, в момент приближения толкателя 5 к внутренней поверхности буртика 8 угол между ними уменьшается, вплоть до нулевого значения, при максимальном значении угла наклона корпуса отсека 2 к толкателю 5. Это обеспечивает увеличение площади контактного пятна при взаимодействии толкателя 5 с буртиком 8 и, соответственно, обратно пропорционально площади контактного пятна уменьшается удельное давление от силы взаимодействия в пятне контакта уменьшается, а несущая способность буртика 8 (способность выдерживать большие усилия взаимодействия) увеличивается.
Система отделения по второму варианту, фиг.2, работает аналогично. Отличие заключается в том, что усилия толкателей 9 и 10 устройства 4 передаются на упоры 11 и 12, благодаря их сферическим контактным поверхностям в направлении центра тяжести 6 отделяемого отсека 1, поэтому результирующая сила от их векторного сложения будет приложена к отсеку 1 в его центре 6 тяжести. Кольцевые буртики 13 и 14 упоров 11 и 12, соответственно, работают аналогично буртику 8 в устройстве по первому варианту, и ограничивают угол максимального отклонения корпуса отделяемого отсека 1 от направления толкателей 9 и 10 при воздействии случайных факторов, с увеличением их несущей способности.