ПОСАДОЧНОЕ УСТРОЙСТВО КОСМИЧЕСКОГО КОРАБЛЯ
SPACECRAFT LANDING DEVICE

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в тех областях, где необходимо осуществить мягкую посадку объекта, например, в ракетно-космической технике при посадке возвращаемого (посадочного) аппарата пилотируемого космического корабля на Землю или другие планеты по вертикальной схеме.
Известна схема посадочного устройства, включающего четыре посадочных опоры, расположенные в корпусе космического корабля азимутально через 90°, описанная в патенте на изобретение RU №2521451 С2, 27.01.1998, МПК: F42B 15/36.
Посадочная опора включает центральную стойку, состоящую из главного цилиндра с сотовым энергопоглотителем, телескопического штока, расположенного внутри него пневматического механизма выдвижения телескопического штока и снабженную узлом крепления к корпусу космического корабля, а также опорную тарель, шарнирно связанную с телескопическим штоком, откидную раму, прикрепляемую к корпусу космического корабля при помощи кронштейнов, два подкоса, связанных с откидной рамой, устройство фиксации главного цилиндра в убранном положении, пневмопривод вращательного типа и датчик угла поворота рамы, установленные на оси вращения откидной рамы.
Известна также схема посадочного устройства космического корабля - ближайший аналог - прототип, описанный в патенте на изобретение RU №2621416.
Посадочное устройство содержит четыре посадочных опоры, каждая из которых включает центральную стойку, имеющую главный цилиндр с сотовым энергопоглотителем и узел крепления к корпусу космического корабля, телескопический шток и механизм выдвижения телескопического штока, расположенный внутри него, опорную тарель, шарнирно связанную с телескопическим штоком, датчик угла поворота. Посадочная опора снабжена двумя тросами, при этом один конец троса соединен с телескопическим штоком со стороны опорной тарели, а второй конец троса закреплен в нише корпуса космического корабля, в котором размещена посадочная опора в исходном положении, а также введен раздвижной упор, шток которого соединен с главным цилиндром, а корпус - с поперечной балкой, закрепленной в нише, в которой размещена посадочная опора, а датчик угла поворота установлен на оси вращения раздвижного упора.
Указанная схема обеспечивает более высокую степень устойчивости корабля к опрокидыванию, чем схема-аналог посадочного устройства, однако в определенных условиях посадки космического корабля не обеспечивается необходимое значение клиренса, что может привести к контакту корпуса космического корабля с грунтом, его деформации и, как следствие, к потере многоразовости космического корабля. Это может наступить, например, при неблагоприятном сочетании вертикальной и горизонтальной скоростей космического корабля, углов его подхода к посадочной поверхности и угла наклона самой поверхности или при наличии локального препятствия (кочки). В этом случае - при повышенных значениях нагрузок, действующих в боковом направлении, и наличия относительно высокого коэффициента трения скольжения (титан по стали) в паре шток-цилиндр возможно заклинивание штока в цилиндре и, следовательно, передача усилия на конструкцию космического корабля, а не поглощение этого усилия сотовым энергопоглотителем.
Задачей предлагаемого посадочного устройства является повышение безопасности посадки космического корабля сегментно-конической формы.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение безопасности посадки космического корабля на поверхности планеты со сложным рельефом.
Технический результат достигается за счет того, что в посадочном устройстве космического корабля, содержащем посадочные опоры, каждая из которых включает центральную стойку, сотовый энергопоглотитель и узел крепления к корпусу космического корабля, телескопический шток и механизм выдвижения телескопического штока, расположенный внутри него, опорную тарель, шарнирно связанную с телескопическим штоком, датчик угла поворота, датчик выдвижения штока, два троса и раздвижной упор, шток которого соединен с главным цилиндром, а корпус - с поперечной балкой, закрепленной в нише, в которой размещена посадочная опора, в отличие от известного, что в нее введен силовой корпус, выполненный в виде равнобедренной трапеции, вдоль оси симметрии которой выполнена цилиндрическая полость, при этом телескопический шток центральной стойки установлен в цилиндрическую полость со стороны основания меньшего размера, а силовой корпус со стороны основания большего размера закреплен посредством кронштейнов в отсеке космического корабля, при этом механизм зацепления штока с поршнем и сотовый энергопоглотитель в сложенном положении посадочной опоры расположен внутри телескопического штока.
Таким образом, благодаря данному техническому решению центральная стойка воспринимает повышенное боковое нагружение, возникающее например, при попадании опорной тарели на локальное препятствие (кочку), что увеличивает безопасность посадки космического корабля на поверхности планеты со сложным рельефом.
Осуществление заявленного технического решения поясняется с помощью чертежей посадочного устройства, в которых представлена посадочная опора с центральной стойкой, усиленной в боковом направлении:
на фиг. 1 - посадочная опора предлагаемого посадочного устройства в сложенном виде;
фиг.  2 - чертеж центральной стойки в сложенном виде;
фиг.  3 - посадочная опора в рабочем (раскрытом) положении.
На чертежах цифрами обозначены:
1 - силовой корпус;
2 - телескопический шток;
3 - механизм выдвижения телескопического штока;
4 - механизм зацепления штока с поршнем;
5 - сотовый энергопоглотитель;
6 - опорная тарель;
7 - раздвижной упор;
8 - поперечная балка;
9 - тросы;
10 - узел крепления тросов;
На фиг. 1 представлена посадочная опора предлагаемого посадочного устройства в сложенном виде. Силовой корпус в форме равнобедренной трапеции обозначен поз.1.
На фиг. 2 представлен чертеж центральной стойки в сложенном виде, на котором показан телескопический шток 2, механизм выдвижения телескопиического штока 3, механизм зацепления штока с поршнем 4, сотовый энергопоглотитель 5, состоящий, например, из шести сотоэлементов большого диаметра и пяти сотоэлементов меньшего диаметра, опорная тарель 6, соединенная с телескопическим штоком с помощью шарового подшипника. В отличие от прототипа механизм зацепления штока с поршнем 4 и сотовый энергопоглотитель 5 расположены внутри телескопического штока 2.
На фиг. 3 показано посадочное устройство, на котором посадочная опора представлена в рабочем (раскрытом) положении. Посадочная опора включает в себя центральную стойку, состоящую из силового корпуса 1, телескопического штока 2 и опорной тарели 6, тросов 9, раздвижного упора 7. Раздвижной упор с одной стороны крепится к корпусу 1, а с другой связан с поперечной балкой 8. Тросы 9 с помощью узла крепления тросов 10 крепятся к телескопическому штоку 2, а другими концами к отсеку корпуса космического корабля.
Силовой корпус 1 представляет собой деталь в форме равнобедренной трапеции, вдоль оси симметрии которой выполнена цилиндрическая полость, внутри которой расположен телескопический шток 2, имеющий выход из силового корпуса со стороны основания меньшего размера.
При нахождении посадочной опоры в сложенном положении телескопический шток 2 расположен внутри силового корпуса 1, при этом внутри телескопического штока расположены следующие узлы: механизм выдвижения телескопического штока 3, сотовый энергопоглотитель 5, механизм зацепления штока с поршнем 4, взаимодействующий с сотовым энергопоглотителем.
При раскрытии посадочного устройства телескопический шток 2 выдвигается с помощью механизма выдвижения 3, в конце своего хода образует жесткую связь с поршнем механизма зацепления 4.
Следствием такой компоновки, при которой сотовый энергопоглотитель и механизм зацепления штока с поршнем могут быть расположены не внутри главного цилиндра как в прототипе, а внутри телескопического штока, является увеличение наружного диаметра телескопического штока, например, более чем в 1,5 раза, что существенно повышает его жесткость и устойчивость при действии бокового нагружения.
Центральная стойка посредством силового корпуса 1 через два кронштейна присоединяется к отсеку космического корабля. Трапецеидальная форма силового корпуса в сочетании с увеличенным диаметром телескопического штока придает жесткость конструкции и обеспечивает усиление центральной стойки при действии на телескопический шток 2 бокового нагружения.
Рассмотрим работу посадочного устройства.
Считаем, что центральные стойки четырех посадочных опор переведены из исходного (сложенного) положения в рабочее (раскрытое) положение.
Рабочее положение посадочной опоры характеризуется следующими факторами:
- телескопический шток 2 центральной стойки выдвинут, при этом поршень под сотовым энергопоглотителем и телескопический шток находятся в зацеплении;
- поршень раздвижного упора 7 выдвинут и находится в зацеплении со своим корпусом через муфту обратного хода;
- тросы 9 натянуты с помощью раздвижного упора.
При контакте центральной стойки с посадочной поверхностью в случае, например, попадания опорной тарели в локальное препятствие на телескопический шток может воздействовать боковое усилие, которое благодаря выбранной форме силового корпуса, распределяется по конструкции центральной стойки, при этом исключается возможность заклинивания штока в силовом корпусе центральной стойки и обеспечивается беспрепятственное втягивание штока внутрь силового корпуса. При этом за счет работы сотовых энергопоглотителей, которые расположены под поршнем, находящимся в зацеплении со штоком, осуществляется их смятие, что приводит к гашению посадочного удара.