УЗЕЛ НАТЯЖЕНИЯ ВАНТ
CABLE TENSION ASSEMBLY

Изобретение относится к космической отрасли, в частности к составным частям, устанавливаемым на космический аппарат (КА), а именно к узлам натяжения вант (строп), обеспечивающих закрепление (оборудования) конструкций.
Ванта - гибкий криволинейный несущий элемент, работающий на растяжение.
Вантовая система - преднапряженная система, состоящая из переплетенных друг относительно друга и жестко связанных между собой вант.
Вантовая система используется для крепления оборудования на КА, в частности, топливного бака высокого давления.
Наиболее близким аналогом заявленного технического решения является регулируемый узел крепления (патент №2559370 от 14.07.2015, МПК B64G 1/22), используемый для равномерного натяжения вант, удерживающих топливный бак на силовой конструкции корпуса (СКК) КА. Данный регулируемый узел крепления содержит комплект крепежных элементов - болты, шайбы сферические, гайки и втулки с наружной резьбой, а также второй комплект крепежных элементов, площадку углепластиковую с вантами, закрепленную между накладкой и первым кронштейном, соединенным со вторым и третьим кронштейнами посредством крепежных элементов. Известное решение принято за прототип изобретения.
Недостатками прототипа являются неравномерное натяжение и низкая точность регулировки натяжения вант, большие габаритные размеры и масса конструкции, а также отсутствие возможности универсального применения узла (на конструктивно разных СКК КА).
Приведенные выше недостатки известного изобретения существенно влияют на работоспособность вантовой системы и снижают ее надежность. Для повышения надежности вантовой системы необходимо обеспечить устойчивую работу всех вант при внешних воздействиях, т.е. обеспечить равномерное натяжение вант.
Неравномерное натяжение вант происходит вследствие погрешностей изготовления вантовой системы и СКК КА, а также по причине наличия остаточных напряжений в вантах. Погрешность изготовления вантовой системы приводит к разности длин и толщин вант и возникает по причине погрешностей геометрии оснастки и отклонения положения вант при намотке вантовой системы. Остаточные напряжения в вантах являются следствием непостоянства значения силы натяжения при намотке вантовой системы. Погрешность изготовления СКК КА приводит к разной удаленности третьих кронштейнов относительно продольной оси СКК КА, что оказывает существенное влияние на перераспределение усилий в вантах. Существующий регулируемый узел крепления не позволяет обеспечить равномерное натяжение вант под действием вышеперечисленных факторов.
Низкая точность регулировки натяжения вант, большие габаритные размеры и масса конструкции, а также отсутствие возможности универсального применения узла (на конструктивно разных СКК КА) обусловлены конструктивными недостатками узла, а именно наличием двух комплектов крепежных элементов (болт, сферическая шайба, гайка и втулка с наружной резьбой).
Низкая точность регулировки связана с необходимостью попеременной регулировки с одинаковым шагом двух комплектов крепежных элементов, что усложняет процесс натяжки вант и оказывает существенное влияние на их равномерное натяжение. Кроме того гайки и втулки с наружной резьбой имеют относительно большой шаг резьбы, что также снижает точность регулировки натяжения вант.
Универсальное использование узла регулировки натяжения на конструктивно разных СКК ограничивается большими габаритными размерами конструкции прототипа по причине организации двух посадочных мест для двух комплектов крепежных элементов.
Для заявленного устройства выявлены основные общие существенные признаки, такие как: площадка со стропами, закрепленная между накладкой и первым кронштейном; второй и третий кронштейны для установки с внутренней и внешней сторон силовой конструкции корпуса, форма которых выбрана из условия исключения их перемещения относительно силовой конструкции корпуса.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является обеспечение равномерного натяжения вант; повышение точности регулировки натяжения вант; уменьшение габаритных размеров и массы конструкции узла; обеспечение возможности универсального использования узла (на конструктивно разных СКК КА).
Поставленная задача решается тем, что узел натяжения вант содержит площадку с вантами, закрепленную между накладкой и первым кронштейном, а также второй и третий кронштейны для установки с внутренней и внешней сторон силовой конструкции корпуса, форма которых выбрана из условия исключения их перемещения относительно силовой конструкции корпуса, отличающийся тем, что первый кронштейн соединен с третьим кронштейном посредством механизма регулировки натяжения состоящего из двух осей, шарнира, тяги, шпильки, шайбы и гайки. Второй кронштейн состоит из двух и более частей. Механизм регулировки натяжения может содержать набор шайб для обеспечения гарантированного зазора на натяжение вант. Площадка с вантами, накладка и первый кронштейн, а также второй и третий кронштейны соединены между собой резьбовым соединением. На контактирующие поверхности площадки с вантами, накладки и первого кронштейна, а также второго и третьего кронштейнов наносится клей. Оси и резьбовые соединения стопорятся.
Равномерное натяжение вант обеспечивается исключением влияния разности длин и остаточных напряжений вант при затяжке узла. Для этого площадка с вантами имеет возможность поворота относительно продольной и поперечной оси узла (самопроизвольно регулируется в пространстве в зависимости от разности длин и остаточных напряжений вант), за счет механизма регулировки натяжения, имеющего шарнирные соединения в продольной и поперечной оси узла. Равноудаленность посадочных поверхностей третьих кронштейнов относительно продольной оси СКК КА, обеспечивается их механической обработкой в составе СКК КА с высокой точностью.
Высокая точность регулировки натяжения вант обеспечивается использованием одного механизма регулировки натяжения вместо двух комплектов крепежных элементов и малым шагом резьбы шпильки.
Уменьшение габаритных размеров и снижение массы конструкции узла натяжения вант также обусловливается использованием одного механизма регулировки натяжения вместо двух комплектов крепежных элементов.
Возможность универсального использования узла натяжения на конструктивно разных СКК, обеспечивается модификацией второго и третьего кронштейнов в части изменения внутренних граней, повторяющих направление ребер СКК КА.
В качестве оборудования закрепляемого на КА при помощи вантовой системы в заявляемом техническом решении был принят топливный бак.
Сущность изобретения поясняется фигурами чертежей, где представлены:
- фиг. 1 - вариант размещения узлов натяжения вант и топливного бака на СКК КА;
- фиг. 2 - узел натяжения вант на СКК КА;
- фиг. 3,4 - узел натяжения вант в разрезе.
Узел натяжения вант для монтажа оборудования (например, топливного бака 1) включает в себя площадку 2 с вантами 3, накладку 4 и первый кронштейн 5, которые притянуты друг к другу при помощи резьбовых соединений - винтов 6, шайб 7 и гаек 8, а также второй кронштейн 9, и третий кронштейн 10 установленные на ребра СКК КА 11 и притянутые друг к другу при помощи резьбовых соединений - винтов 12. Первый кронштейн 5 и третий кронштейн 10 соединяются друг с другом посредством механизма регулировки натяжения 13, включающего в себя ось 14, шарнир 15, ось 16, тягу 17, шпильку 18, шайбу 19 и гайку 20.
На контактирующие поверхности деталей 3, 4, 5 и 9, 10 наносится клей. Детали 6, 12, 14, 16, 18, 20 стопорятся. Кронштейн 9 состоит из двух и более частей. Количество частей кронштейна 9 определяется конфигурацией СКК КА 11. Разделение кронштейна 9 на несколько частей позволяет снизить массу узла.
Перед установкой механизма регулировки натяжения, проводится механическая обработка посадочных поверхностей третьих кронштейнов 10 в размер К1 с высокой точностью.
Для обеспечения натяжения вант, необходимо закручивать гайку 20. Требуемое усилие в вантах обеспечивается выполнением размера К2, либо выборкой зазора К3. Размер К2 и зазор К3 определяется расчетным путем из условий обеспечения требуемого усилия в вантах. Зазор К3 при необходимости обеспечивается подкладкой набора шайб 21.
Шарнир 14 обеспечивает поворот площадки 2 с вантами 3 относительно продольной и поперечной оси узла, тем самым учитывая остаточные напряжения в вантах и разницу их длин (исключает влияние погрешностей изготовления вантовой системы и остаточных напряжений вант на распределение усилий в вантах). Механическая обработка посадочных поверхностей третьих кронштейнов 10 в размер К1 с высокой точностью, обеспечивает их равноудаленность относительно продольной оси СКК КА 11 (исключает влияние погрешностей изготовления СКК КА 11 на распределение усилий в вантах).
Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение равномерного натяжения вант, повышение точности регулировки натяжения вант (не менее чем в 2 раза), уменьшение габаритных размеров и снижение собственной массы (не менее чем в 1,5 раза), возможность универсального использования регулируемого узла крепления (на конструктивно разных СКК КА).