УСТРОЙСТВО ОТДЕЛЕНИЯ ПОЛЕЗНОЙ НАГРУЗКИ
WORKING LOAD SEPARATION DEVICE

Изобретение относится к системе сброса объектов, преимущественно космических аппаратов (КА) и других полезных нагрузок (ПН) от несущих конструкций (адаптеров) ракет-носителей (РН) при выводе на расчетную орбиту, и может быть использовано в ракетно-космической технике.
Известно изобретение (патент CN 102767996A, опубл. 30.07.2012), которое содержит силовые элементы, удерживаемые ленточным бандажом, устанавливаемые между несущей конструкцией и ПН. Для обеспечения усилия затяжки бандажа и последующего расслабления стыка для разделения используется пиросредства.
Недостатком этого устройства являются большие динамические нагрузки при срабатывании пиросредств. Кроме того, при срабатывании пиросредств необходима дополнительная защита от возможных повреждений элементов конструкции и аппаратуры ПН от сработавших фрагментов конструкции пиросредств. Воздействие от пиросредств, освобождающих ленту, передаются непосредственно на замки. Кроме того, чтобы удержать силовые элементы в исходном положении при размещении ленты по касательной к окружности установки силовых элементов, в ленте нужно создать значительные усилия натяжения, а значит необходим дополнительный контроль натяжения ленты.
Известно также изобретение «Система отделения полезной нагрузки» (патент RU 2396191 C1, опубл. 20.01.2006), которое содержит силовые элементы и удерживающее устройство, установленное между несущей конструкцией и полезной нагрузкой, и включает в себя дискретно расположенные на закрепленном на несущей конструкцией корпусе устройства механические замки и пружинные толкатели. Механические замки удерживаются и фиксируются звеньями, связанными с поворотной многолучевой звездочкой, закрепленной с возможностью поворота в центре окружности установки замков и удерживаемой в исходном положении от поворота пиросредством.
Недостатком такого устройства является невозможность применения устройства фиксации с многолучевой звездочкой на ПН, имеющих значительно выступающие элементы конструкции (сопла двигателей, антенны и др.) в зоне размещения системы отделения. Сложность регулирования равномерного натяжения тросов для всех замков.
Доработка изобретения «Система отделения полезной нагрузки» (патент RU 2396191 C1) в части увеличения зоны полезного груза приведена в патенте RU 2293694 от 20.02.2007, который принят за прототип предлагаемого изобретения. Система отделения полезной нагрузки содержит разъединяемое удерживающее устройство, установленное между несущей конструкцией и полезной нагрузкой, и включает в себя дискретно расположенные на несущей конструкции механические замки, каждый из которых содержит стержень, удерживающее и фиксирующее звенья, причем стержень замка одним концом закреплен на полезной нагрузке, а другим концом контактирует с удерживающим звеном замка, устройство фиксации замков, содержащее натянутые тросы, взаимодействующие с фиксирующими звеньями замков и удерживаемые на несущей конструкции пиросредством, при этом система содержит толкатели отделения полезной нагрузки от несущей конструкции. Стержень замка выполнен с односторонним выступом, контактирующим с указанным удерживающим звеном замка, а устройство фиксации замков снабжено многолучевой звездочкой, закрепленной с возможностью поворота на несущей конструкции в центре окружности установки замков и удерживаемой от поворота указанным пиросредством, при этом лучи звездочки связаны с фиксирующими звеньями соответствующих замков радиально натянутыми тросами, соединение концов которых с лучами звездочки выполнено с эксцентриситетом по отношению к оси ее вращения.
Решение увеличения зоны полезного груза и возможность регулировки натяжение тросовой системы решено следующим образом - плоскость установки замков многолучевой звездочки расположена ниже плоскости установки замков за счет установки на несущей конструкции двуплечих рычагов. Данные рычаги установлены между каждым замком и соответствующим лучом фиксирующей звездочки.
Недостатком этого изобретения является то, что зона полезного груза увеличена только на высоту рычагов, а также при срабатывании зона расположения движущихся элементов системы отделения увеличивается.
Технической задачей изобретения является:
- уменьшение нагрузок на ПН при срабатывании устройства отделения (УО) ПН, а также обеспечение равномерного распределения усилия на силовые элементы и одновременное снятие его со всех силовых элементов;
- исключение повреждений вблизи расположенных элементов, при срабатывании УО ПН;
- уменьшение ударного импульса на силовые элементы при отделении ПН;
- обеспечение возможности установки ПН с выступающими за плоскость стыковки элементами конструкции.
Поставленные задачи достигаются УО, содержащим цилиндрический корпус, с шарнирно установленными в нем по диаметру силовыми элементами - стержнями с выступом, находящимся в зацеплении с фланцем ПН, фиксирующее устройство и толкатель. Согласно изобретению в состав фиксирующего устройства входит бандажное кольцо, имеющее плоские опорные площадки, в которые упираются ролики стержней, бандажное кольцо обеспечивает равномерное распределение усилия на стержни, и удерживается с помощью четырех двухзвенных рычагов, каждый из которых одним концом шарнирно закреплен к бандажному кольцу, а другим - к цилиндрическому корпусу, оси шарнирного соединения звеньев входят в зацепление с поворотным кольцом, а для обеспечения поворота поворотного кольца установлены пружины растяжения, которые закреплены одним концом за двухзвенные рычаги, а другим - к цилиндрическому корпусу, в исходном положении поворотное кольцо удерживается инициирующим устройством, расположенным с наибольшим удалением от ПН, подвижные элементы УО расположены таким образом, что не увеличивают зону расположения, занимаемую этими элементами, и в процессе срабатывания движутся в направлении от ПН, это позволяет размещать ПН с элементами, выступающими за плоскость стыка, а для обеспечения нужных параметров отделения в цилиндрическом корпусе установлен толкатель, состоящий из пружин сжатия с направляющими телескопическими стержнями.
Силовые элементы обеспечивают механическую связь и удерживают в контакте ПН и цилиндрический корпус УО в исходном положении. Освобождение связей обеспечивается одним функциональным элементом - бандажным кольцом. Оно одновременно и равномерно удерживает все силовые элементы, таким образом обеспечивает их фиксацию в положении удержания ПН на цилиндрическом корпусе УО.
Данное УО характеризуется тем, что бандажное кольцо не требует регулировки натяжения для равномерного распределения усилия на каждый силовой элемент, при срабатывании все силовые элементы освобождаются одновременно, а также исключены какие-либо зацепления с отделяемой частью ПН, в независимости от их расположения, так как элементы УО не увеличивают зону расположения, занимаемую этими элементами, и в процессе срабатывания движутся в направлении от ПН. Это позволяет применять ПН с выступающими за плоскость стыка элементами.
Наличие поворотного кольца, приводящего в движение двухзвенные рычаги, позволяет применить только одно инициирующее устройство с более низким уровнем ударных воздействий и разместить его на наибольшем удалении от ПН.
Толкатель выполнен в виде пружин сжатия, установленных в посадочные места цилиндрического корпуса УО. Внутри пружины установлены телескопические стержни, обеспечивающие необходимую геометрию пружин в исходном состоянии.
На ПН после отделения не остается элементов от УО.
Таким образом, данное УО уменьшает нагрузки на ПН при срабатывании УО обеспечивает равномерное усилие удержания для каждого силового элемента в исходном состоянии и одновременное снятие усилия с силовых элементов при минимальных воздействиях на ПН, исключает повреждения вблизи расположенных элементов, позволяет применить инициирующее устройство с более низким уровнем ударного импульса, и обеспечивает возможность установки ПН с выступающими за плоскость стыка элементами.
УО изображено на чертежах:
- на фиг. 1 - вид УО в исходном положении;
- на фиг. 2 - вид В на фиг. 1 (вид сверху, ПН условно не показан);
- на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2 (УО в исходном положении);
- на фиг. 4 - вид УО в положении после отделения;
- на фигуре 5 - сечение А-А на фиг. 1 (положение стержня после отделения).
УО состоит из цилиндрического корпуса 9, силовых элементов - стержней 3, шарнирно установленных в цилиндрическом корпусе, устройства их фиксации, а также толкателя 2, обеспечивающего параметры отделения полезной нагрузки. Каждый стержень содержит сферическую шайбу 12, гайку 13, ролик 10 и пружину 11. Стержень выполнен с выступом, находящимся в зацеплении с фланцем полезной нагрузки 15. Ролик стержня упирается в плоскую опорную площадку Г бандажного кольца 4 фиксирующего устройства. Бандажное кольцо удерживается с помощью четырех двухзвенных рычагов 5, положение бандажного кольца относительно роликов стержней обеспечивается регулированием длины верхних звеньев. Каждый двухзвенный рычаг состоит из двух шарнирно соединенных между собой звеньев и одним концом шарнирно крепится к бандажному кольцу, а другим - к цилиндрическому корпусу УО. Оси шарнирного соединения звеньев входят в зацепление с поворотным кольцом 6. Для обеспечения поворота поворотного кольца установлены пружины растяжения 8, которые закреплены одним концом к двухзвенному рычагу, а другом - к цилиндрическому корпусу. В исходном положении поворотное кольцо удерживается инициирующим устройством 7. В цилиндрическом корпусе установлен толкатель, состоящий из пружин сжатия с направляющими телескопическими стержнями 16. На бандажном кольце выполнены направляющие лепестки, в исходном состоянии с помощью них обеспечивается необходимое положение бандажного кольца относительно цилиндрического корпуса УО, а в процессе срабатывания они обеспечивают продольное смещение бандажного кольца относительно цилиндрического корпуса УО. Направляющие штыри 14 с роликом исключают радиальное перемещение поворотного кольца в процессе срабатывания.
В исходном состоянии элементы УО находятся в следующем положении:
- стержни удерживаются в зацеплении с ПН посредством бандажного кольца;
- положение бандажного кольца обеспечивается четырьмя двухзвенными рычагами, удерживаемыми от срабатывания инициирующим устройством посредством поворотного кольца;
- пружины толкателя сжаты и упираются в ПН.
Работа устройства отделения происходит следующим образом.
После выведения ПН 1 на расчетную орбиту производится срабатывание инициирующего устройства 7, под действием четырех пружин растяжения 8 поворотное кольцо 6 поворачивается, складывая четыре двухзвенных рычага 5. Двухзвенные рычаги 5 перемещают бандажное кольцо 4. Бандажное кольцо скатывается по роликам стержней 10 и при этом происходит освобождение стержней 3, которые под действием собственных пружин 11 поворачиваются по сферическим шайбам 12 и выходят из зацепления с фланцем ПН 15. После освобождения фланца ПН 15 толкатель 2 обеспечивает отделение ПН 1.
Натурные испытания устройства отделения в составе штатных изделий и стендовых испытаний в составе макетов ПН подтвердили правильность принятия конструкторских решений для обеспечения удержания и отделения ПН.
Заявленное устройство отделения обеспечивает удержание ПН, одновременность снятия механической связи с ПН, применение инициирующего устройства с более низким уровнем ударных воздействий, а также возможность размещения ПН с элементами, выступающими за плоскость стыка.