УСТРОЙСТВО УДЕРЖАНИЯ И ОСВОБОЖДЕНИЯ ТРАНСФОРМИРУЕМЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
DEVICE FOR HOLDING AND RELEASING TRANSFORMED MECHANICAL SYSTEMS OF SPACECRAFT

Настоящее изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к области механизмов для удержания трансформируемых механических систем космического аппарата в сложенном положении.
Из существующего уровня техники известно устройство удержания и освобождения трансформируемой механической системы (патент ЕР 2298648 F1, B64G 1/64, 23.03.2011) на основе болтового соединения содержащее в себе штырь, инициирующее устройство освобождающее штырь и уловитель штыря.
Так же известно устройство удержания (патент US 2010005913 A1 от 14.01.2010) содержащее в себе штырь, сегменты, поджимаемые гибкой лентой и инициирующее устройство.
Недостатками известных устройств удержания являются:
- отсутствие средств подтверждения факта срабатывания;
- отсутствие возможности проведения технологического срабатывания.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для фиксации и разделения частей конструкции (далее - замок), содержащее замок на основе болтового соединения (патент РФ 2539710), включающий в себя: штырь, разрезную гайку, сепаратора, пружины сжатия, удерживающий шарик, сухарь, изоляторы, токопроводящие нити, пружины кручения и гайку для стягивания стыка замка. Данное устройство принято за прототип изобретения.
Прототип имеет ряд недостатков, а именно:
1. Конусообразный стык поверхности разделения не способен нести высокую нагрузку, что приводит к ограничению применяемости устройства;
2. Разрезная гайка удерживается сепаратором, выполненным в виде конуса, что может привести к ослаблению стыка при малейшем перемещении сепаратора в сторону освобождения. Такое отсутствие запаса свободного хода снижает надежность устройства;
3. Сепаратор не обеспечивает упорядоченное положение сегментов разрезной гайки после срабатывания, что может привести к заваливанию сегментов и необходимости разборки замка для восстановления их положения;
4. Отсутствие средств подтверждения факта срабатывания замка, снижает информативность при использовании устройства по целевому назначению;
5. Отсутствие возможности технологического срабатывания (без переплавления нити) усложняет работу с устройством, вынуждая каждый раз производить ее замену;
6. Необходимость в дополнительной оснастке при автономной отработке или проверке устройства вследствие того, что верхняя и нижняя части устройства разобщены неподвижным элементом конструкции. Так же, в связи с этим устройство не может иметь вид законченной сборки и поставляться к потребителю в готовом виде, так как требует частичной разборки замка при установке в изделие по назначению;
7. Конструкция устройства допускает возможность закусывания крайних витков пружины, вытягивающей штырь, между воронкой и шайбами гайки, стягивающей стык замка, связанная с тем, что при сжатии, пружина может изгибаться и сместится в сторону края стакана, тем самым попав встык между шайбами и стаканом. Это может привести к необходимости ремонта устройства, в части замены пружины;
8. В конструкции устройства аналога используется подшипник для соединения воронки и шайб отделяемой части замка, имеющий большой вес и утяжеляющий конструкцию.
Задача, на решение которой направленно заявляемое изобретение заключается в реализации устройства удержания и освобождения трансформируемых механических систем космического аппарата (КА) обеспечивающего более высокую надежность, информативность и простоту эксплуатации.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство фиксации содержит замок на основе болтового соединения, штырь которого удерживается разрезной гайкой, в свою очередь разрезная гайка удерживается роликовым сепаратором, который перемещается пружинами растяжения и удерживается пережигаемой нитью активирующего устройства через рычаг. Сепаратор разрезной гайки имеет свободный ход, что позволяет гарантировать несрабатывание при небольших перемещениях сепаратора, тем самым повышая надежность устройства. Так же сегменты разрезной гайки, после срабатывания, удерживаются сепаратором и специальными держателями, что предотвращает их неупорядоченное положение и предотвращает тем самым от необходимости частичной разборки конструкции для установки их на свои места. Стык плоскости разделения имеет форму цилиндрического кольца, причем со стороны отделяемой части выполнен конический бурт, ограничивающий перемещение отделяемой части относительно стационарной, и обеспечивает более высокую несущую способность относительно конического стыка. Так е конструкция замка не предусматривает ее разделения элементами конструкции КА, что позволяет поставлять устройство к потребителю в готовом виде и не использовать дополнительной оснастки при его автономных испытаниях, повышая удобство эксплуатации. Датчик, входящий в состав устройства, подтверждает факт срабатывания замка, тем самым обеспечивая информативность. Ступенчатая форма шайбы, устанавливаемой под гайку, обеспечивающую затяжку стыка замка, не позволяет пружине смещаться так, чтобы происходило зажимание крайних ее витков между шайбой и стаканом пружины, тем самым повышая надежность устройства. Так же конструкция обеспечивает возможность технологического срабатывания устройства без срабатывания инициирующего устройства замка, тем самым повышая удобство эксплуатации при наземно-экспериментальной отработке (НЭО), позволяя не производить замену разрушаемого элемента активирующего устройства после срабатывания замка.
Изобретение поясняется чертежами:
- на фиг. 1 показан общий вид устройства до срабатывания;
- на фиг. 2 показан общий вид устройства после срабатывания;
- на фиг. 3 показан разрез замка через осевую линию;
- на фиг. 4 показано активирующее устройство замка;
- на фиг. 5 показан сепаратор;
- на фиг. 6 показан датчик;
- на фиг. 7 показана установка пружин с сепаратора на упоры;
- на фиг. 8 показан нагреватель;
- на фиг. 9 показана общая схема устройства.
Устройство удержания и освобождения трансформируемых механических систем КА содержит стационарную 1 и отделяемую 2 части. Стационарная часть 1 устанавливается на корпус КА, а отделяемая часть 2 на подвижный элемент конструкции. Стационарная часть состоит из корпуса 3, разрезной гайки 4, сепаратора 5, упоров 6, пружин 7, пружин 8, датчика 9, штока 10, крышки 11, держателя 12, активирующего устройства 13 и рычага 14. В свою очередь датчик 9 состоит из кронштейна 15 и коромысла 16 подпружиненного пружиной 17. На кронштейне и коромысле закреплены пластины 18 с контактами 19. Сепаратор 5 состоит из обоймы 20, сепаратора роликов 48, оси 49 и роликов 21, закрепленных на обойме 20 при помощи винтов 22. Активирующее устройство 13 состоит из корпуса 23, двух нагревателей 24, крышки 25, элемента удержания 26. Нагреватель 24 выполнен из изолятора 28 и спирали 29, закрепленной на изоляторе 28 через контакты 44 при помощи гаек 30. Отделяемая часть состоит из воронки 31, двух сферических шайб 32, гайки 33, штыря 34, пружины 35, шайб 36, датчика силы 37, шайбы 38 и винтов 39. Штырь 34 также включает в себя втулку 40, пружину 41, шток 42 и шайбы 46.
Устройство работает следующим образом. После подачи питания на активирующее устройство 13 происходит нагрев спиралей 28, входящих в состав нагревателей 23, выполненных из материала с высоким значением удельного электрического сопротивления. После нагрева спиралей до температуры необходимой для разрушения элемента удержания 26, происходит освобождение рычага 14. После освобождения рычага, под действием пружин 8, сепаратор 5 поворачивается, освобождая тем самым сегменты разрезной гайки 4. Затем сегменты гайки, под действием усилия в резьбе расходятся в стороны, освобождая штырь 31, при этом сегменты разрезной гайки не имеют возможности неупорядоченного размещения в конструкции замка устройства, после его срабатывания, так как их перемещение ограничивает в радиальном направлении сепаратор 5, а в осевом - упоры 6. После освобождения штыря пружина 35 вытягивает штырь из стационарной части. В это же время происходит срабатывание датчика 9. Шток 10, после выхода штыря из стационарной части замка, больше не взаимодействует с пружиной 41 через шток 42 и под действием пружины 17 коромысла 16 проваливается вниз, тем самым давая возможность замкнуть контакты 19 датчика. После того как штырь полностью вытянут пружиной в воронку 31 происходит свободное разделение стационарной 1 и отделяемой 2 частей устройства по поверхности разделения.
Повторное взведение замка устройства производится поворотом рычага 14 в сторону натяжения пружин 8 (в сторону взведения), при этом нужное положение роликов 21 сепаратора 5 обеспечивается пружинами 7. Причем пружины 7 закреплены одним своим концом за ушко упоров 6, а другим за ролики 21 через винты 22. При поворачивании рычага происходит задавливание сегментов разрезной гайки 4 роликами сепаратора до положения, при котором обеспечивается возможность удержания штыря. Далее вкручивается штырь 34, устанавливается отделяемая часть 2 замка и затягивается гайка 33 моментом, необходимым для обеспечения требуемого усилия в стыке стационарной и отделяемой частей.
Датчик 9, для упрощения работ при электроиспытаниях, имеет возможность технологического срабатывания (замыкания контактов), т.е. при электрических проверках нет необходимости срабатывать замок устройства для проверки функционирования датчика, а достаточно надавить с необходимым усилием на рычаг коромысла 16 в осевом направлении в области штока 10.
Кроме этого замок имеет возможность технологического срабатывания. Для проведения технологического срабатывания необходимо повернуть винт 43 в сторону откручивания до освобождения элемента удержания 26, который вытягивается из активирующего устройства рычагом 14 под действием усилия от пружин 8. Таким образом, нет необходимости в замене элемента удержания, а достаточно только произвести повторное взведения замка.
Также в активирующем устройстве 13, на контакты 44 может дополнительно быть установлена термоусаживающаяся трубка 50 для предотвращения случайного замыкания контакта на крышку 25, тем самым повышается надежность функционирования устройства.
В прототипе воронка и шайбы отделяемой части связаны между собой подшипником, в то время как в заявляемом изобретении воронка 31 и шайбы 46 связаны между собой посредством того, что на воронке выполнена сфера, по поверхности которой установлены шайбы 45. Таким образом, так же как и на прототипе, обеспечивается прокачивание шайб относительно воронки, но при этом снижается масса, так как соединение через подшипник имеет больший вес, чем соединение по поверхности сферы. Для того чтобы при затяжке винтов 39 не произошло зажатие воронки шайбами, используются подкладочные шайбы 36, которыми регулируется зазор между шайбами таким образом, чтобы шайбы 46 не зажали воронку 31 и, в то же время, осевой люфт воронки относительно шайб 46 не превышал допустимых значений.
Технический эффект заключается в применении:
- стыка плоскости разделения, выполненного в виде цилиндрического кольца, с буртом конической формы, предназначенным для ограничения смещения отделяемой и стационарной частей друг относительно друга, который позволяет замку устройства не допускать расхождения в стыке замка при более высоких нагрузках;
- роликового сепаратора, допускающего небольшие перемещения сепаратора, не приводящие к ослаблению стыка устройства;
- дополнительного сепаратора, обеспечивающего упорядоченность положения сегментов разрезной гайки, что предотвращает разваливание сегментов;
- датчика, подтверждающего факт срабатывания замка, повышая тем самым информативность устройства;
- активирующего устройства, позволяющего производить срабатывание замка устройства фиксации без разрушения удерживающего элемента, вследствие чего не требуется его замена, что упрощает работу с устройством фиксации при его НЭО и работе с ним при проведении проверок в составе трансформируемых механических систем;
- конструкции устройства удержания, не требующей дополнительной оснастки, так как стационарная и отделяемая части не разобщены между собой неподвижным элементом трансформируемой конструкции, что повышает удобство в эксплуатации устройства и позволяет передавать устройство к потребителю в готовом виде;
- конструкции шайбы гайки, стягивающей стык замка, не позволяющей пружине смещаться в сторону края стакана, что предотвращает возможность закусывания крайних витков пружины между воронкой и шайбой, повышая тем самым надежность устройства.
- соединения воронки и шайб отделяемой части по поверхности сферы выполненной на воронке.