СИСТЕМА И СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ ОТСЕКА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
SYSTEM AND METHOD FOR AERIAL VEHICLE COMPARTMENT SEPARATION

Группа изобретений относится к летательным аппаратам (ЛА) и может быть использована в системах отделения отсеков ЛА (головных частей, отсеков полезной нагрузки).
Известна система отделения отсека ЛА (головной части), представленная в книге Пенцак И.Н. «Теория полета и конструкция баллистических ракет», М. Машиностроение, 1974 г., стр. 235, рис. 12.6, содержащая устройство крепления, выполненное с возможностью расфиксации крепления, и устройство отделения с центральным пневмотолкателем, ось которого направлена по оси отделяемого отсека до его отделения, отсек снабжен упорным элементом, содержащим контактную поверхность для взаимодействия с толкателем.
Данное устройство имеет следующие недостатки.
Из-за пульсаций параметров воздушного потока, упругих колебаний корпуса ЛА 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 отделения, вызывает вращение отделяемого отсека вокруг его центра тяжести и увеличивает погрешность параметров движения отсека после отделения и, как следствие, требует дополнительных затрат энергии на стабилизацию параметров отсека после отделения.
За ближайший аналог авторами принята система отделения отсека ЛА (патент RU 2651780, МПК B64G 1/64), содержащая устройство крепления отсека к летательному аппарату по стыковочным шпангоутам, выполненное с возможностью расфиксации крепления, и устройство отделения, установленное на летательном аппарате и снабженное толкателем, контактирующим с упорным элементом отсека, при этом ось толкателя направлена по оси летательного аппарата и отсека до их отделения, на стыковочном шпангоуте отсека выполнен посадочный пояс для стыковочного шпангоута летательного аппарата, а в состав устройства отделения введена охватывающая его оболочка с закрепленными на ней передним и задним фланцем, при этом передним фланцем оболочка закреплена с помощью крепежа на торце толкателя, а задним фланцем установлена в центральном отверстии стыковочного шпангоута отсека с возможностью упора в торец посадочного пояса, являющийся упорным элементом отсека.
Ближайший аналог имеет следующие недостатки.
Не предусмотрены срезные элементы для обеспечения необходимого давления страгивания толкателя и плавного, без рывков, хода толкателя.
Не определена последовательность работы газогенератора и срабатывания пироболтов для обеспечения надежной работы системы отделения до и после отделения отсека от ЛА.
Отсутствует техническое решение задачи расстыковки электроразъемов кабельной сети в ходе работы системы отделения.
Технической задачей, на решение которой направлены заявляемые технические решения, является повышение надежности работы системы отделения отсека ЛА, а также уменьшение энергозатрат на стабилизацию полетных параметров отсека после отделения от ЛА.
Поставленная задача достигается тем, что система отделения отсека ЛА, содержит устройство крепления отделяемого отсека к ЛА по стыковым шпангоутам, выполненное с возможностью расфиксации крепления и устройство отделения, ось которого направлена по оси ЛА и отделяемого отсека, на стыковом шпангоуте отделяемого отсека выполнен посадочный пояс для стыкового шпангоута ЛА, а в состав устройства отделения входит толкатель с охватывающей его оболочкой, обеспечивающей возможность упора в торец посадочного пояса отделяемого отсека, при этом устройство крепления и устройство отделения соединены с бортовой кабельной сетью, при этом крепление отделяемого отсека к ЛА производится пироболтами, толкатель состоит из корпуса толкателя, герметично соединенного с ним стакана, и размещенного внутри стакана поршня с герметичным уплотнением, при этом поршень зафиксирован относительно стакана срезными элементами, а на корпусе толкателя установлен герметично твердотопливный газогенератор, причем бортовая кабельная сеть по стыку отделяемого отсека с ЛА выполнена с электроразъемами, одной частью закрепленными на отсеке и ответной частью на ЛА. Кроме того, внутренняя поверхность стакана образована цилиндрами большего и меньшего диаметра и заплечиком, а поршень выполнен в виде ступенчатого цилиндра с передним днищем, при этом цилиндрические поверхности стакана являются опорными для цилиндрических поверхностей поршня, а заплечик стакана служит упором для заплечика поршня в конце рабочего хода поршня. При этом герметичное уплотнение размещено по цилиндрам большего диаметра, а срезные элементы установлены по цилиндрам меньшего диаметра.
Поставленная задача применительно к способу отделения отсека ЛА достигается тем, что производится расфиксация устройства крепления отделяемого отсека к ЛА и срабатывание устройства отделения путем воздействия толкателя через оболочку на отделяемый отсек, при этом после срабатывания газогенератора высокое давление газов редуцируется в объеме корпуса толкателя и при его дальнейшем нарастании происходит расфиксация поршня за счет среза срезных элементов и перемещение поршня до упора оболочкой в торец посадочного пояса отделяемого отсека, после этого по сигналу системы управления, передаваемого через кабельную сеть, происходит срабатывание пироболтов и перемещение порщня с оболочкой до момента упора поршня в стакан, при этом отсек отделяется от ЛА с расстыковкой электроразъемов кабельной сети.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показаны отделяемый отсек 1 и ЛА 2, которые соединены по стыковым шпангоутам 3 и 4 пироболтами 5 устройства крепления, при этом стыковой шпангоут 4 ЛА 2 опирается на посадочный пояс 6 стыкового шпангоута 3 отделяемого отсека 1. В состав устройства отделения входит толкатель 7 с охватывающей его оболочкой 8. В свою очередь толкатель 7 состоит из корпуса толкателя 9, герметично соединенного с ним стакана 10 и поршня 11, а на корпусе толкателя герметично установлен газогенератор 12.
В поршне 11 выполнен заплечик 13, а стакане 10 - ответный ему заплечик 14. Оболочка 8 выполнена с возможностью упора в торец 15 посадочного пояса 6 стыкового шпангоута 3 отделяемого отсека 1.
0
Размером L=L представлено первоначальное расстояние между заплечиком 13 поршня 11 и заплечиком 14 стакана 10.
На фиг. 2 дан вид по выноске А. Здесь показаны оболочка 8, соединенная с поршнем 11 и стакан 10, соединеный с поршнем 11 срезным элементом 16.
На фиг. 3 дан вид по выноске Б. Здесь показаны корпус толкателя 9, соединенный со стаканом 10, поршень 11 и газогенератор 12, внутри которого размещена пороховая шашка 17.
0
На фиг. 4 отражен момент после срабатывания газогенератора 12, при этом под действием силы давления газов на поршень 11 происходит срез срезных элементов 16 и перемещение поршня 11 с оболочкой 8 до упора фланцем оболочки 8 в торец 15 стыкового шпангоута 3. Размер L<L определяет оставшийся запас хода поршня 11 после подачи команды по бортовой кабельной сети на срабатывание пироболтов 5.
На фиг. 5 показан момент после срабатывания пироболтов 5. Это позволяет под действием силы давления газов на корпус толкателя 9 начать отделение отсека 1 от ЛА 2. Размер L станет равным 0, когда заплечик поршня 11 соприкоснется с заплечиком стакана 10.
На фиг. 6 показано, что отделяемый отсек 1 и ЛА 2 уже не связаны друг с другом и отдаляются, совершая независимый полет.
На фиг. 7 представлены вид В и сечение Г-Г. Здесь изображена одна из групп электроразъемов бортовой кабельной сети по стыку отделяемого отсека 1 с ЛА 2, при этом одна часть 18 показанного электроразъема закреплена на отделяемом отсеке 1, а ответная часть 19 закреплена на ЛА 2. После срабатывания пироболтов 5 и при отделении отсека 1 от ЛА 2 происходит расстыковка ответных частей 18 и 19 электроразъемов бортовой кабельной сети.
Система отделения отсека ЛА как устройство описана выше (см. фиг. 1 - фиг. 7 с описаниями).
Способ отделения отсека ЛА заключается в следующем.
После срабатывания газогенератора 12 высокое давление газов редуцируется в объеме корпуса толкателя 9 и при его дальнейшем нарастании происходит расфиксация поршня 11 за счет среза срезных элементов 16 и перемещение поршня 11 до упора оболочкой 8 в торец 15 посадочного пояса 6 отделяемого отсека 1. После этого по сигналу системы управления, передаваемого через кабельную сеть, происходит срабатывание пироболтов 5 и перемещение поршня 11 с оболочкой 8 до момента упора поршня 11 в стакан 10, при этом отсек 1 отделяется от ЛА 2 с расстыковкой ответных частей 18 и 19 электроразъема бортовой кабельной сети.
Таким образом, фланец оболочки 8, во-первых, оперт по периметру окружности торца 15 и, во-вторых, зацентрирован в отверстии 14 шпангоута 4, следовательно, усилие от толкателя 7 будет передаваться по всей площади (по всему периметру) торца 15 шпангоута 3, создавая условия для надежного перемещения по опорному поясу 6 в ходе отделения отсека 1 от ЛА 2.
Предложенные система и способ отделения отсека ЛА успешно прошли лабораторно-стендовые и летно-конструкторские испытания в составе ЛА в диапазоне температур ±50°С.
Использование предлагаемых технических решений позволит повысить надежность и точность отделения отсека от ЛА, а также уменьшить энергозатраты на стабилизацию полетных параметров отсека после его отделения от ЛА.