ТОРОИДАЛЬНЫЕ ОПОРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ
TOROIDAL SUPPORT STRUCTURES

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[001] Настоящей заявкой испрашивается приоритет в соответствии с Разделом 35 Кодекса законов США §119 (e) по предварительной патентной заявке номер 62/381,527, озаглавленной "ТОРОИДАЛЬНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ ДЛЯ ПОДВЕСНЫХ ПОЛОЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ " и поданной 30 августа 2016 года (номер дела патентного поверенного 16-1800-US-PSP_BNGCP094P), которая включена в настоящее описание посредством ссылки во всей своей полноте и для всех целей.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ И УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[002] Такие опорные конструкции, как полки, могут быть использованы на космическом аппарате и для других применений, предусматривающих поддержку различных компонентов. В зависимости от применений опорные конструкции могут нуждаться в низкой массе, высокой прочности, способности выдерживать удар и вибрацию, служить опорой для различных компонентов с обеспечением доступа к этому компоненту и/или в размещении в средах работы с ними. Размещение опорных конструкций внутри и/или вокруг круговых объектов может быть сложной задачей. Например, пространство, находящееся между цилиндром (например, внутренней стенкой космического аппарата) и сферой (например, криогенным резервуаром), вставленной в цилиндр, имеет сложную геометрию и часто используется недостаточно. Кроме того, опорные конструкции могут нуждаться в эксплуатации в средах с быстро изменяющимися температурами, например, когда они поддерживаются криогенным резервуаром. Колебания температур могут приводить к разным уровням тепловых расширений и/или сжатий на разных компонентах опорных конструкций, вызывающих деформации и отсутствие выравнивания.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[003] Раскрыты тороидальные опорные конструкции и узлы, содержащие эти конструкции. Тороидальная опорная конструкция содержит одну или более боковых панелей, образующих трубчатое кольцо, и одну или более днищевых панелей, образующих плоское кольцо. Эти кольца задают тороидальную форму конструкции. Конструкция также содержит унесколько изолирующих линейных опорных компонентов, соединенных с верхней кромкой трубчатого кольца. Во время установки конструкции, изолирующие линейные опорные компоненты прикрепляют к монтажному основанию для поддержки конструкции относительно основания с обеспечением термической изоляции для колец и предотвращением их механического перекашивания. По существу, тороидальная опорная конструкция может быть прикреплена к различным типам монтажных оснований, таким как криогенный резервуар космического аппарата. Оба кольца обеспечивают образование опорных и монтажных поверхностей для оборудования, кабелей и труб, а тороидальное отверстие обеспечивает возможность прохождения внешних компонентов через опорную конструкцию.
[004] В некоторых вариантах реализации изобретения тороидальная опорная конструкция содержит одну или более боковых панелей, образующих трубчатое кольцо. Трубчатое кольцо проходит между первой кромкой и второй кромкой. Тороидальная опорная конструкция также содержит одну или более днищевых панелей, образующих плоское кольцо. Плоское кольцо проходит между наружной кромкой и внутренней кромкой. Первая кромка указанных одной или более боковых панелей прикреплена к наружной кромке указанных одной или более днищевых панелей. Этот признак позволяет сохранять ориентацию указанных одной или более боковых панелей относительно указанных одной или более днищевых панелей. Тороидальная опорная конструкция также содержит множество изолирующих линейных опорных компонентов, соединенных со второй кромкой указанных одной или более боковых панелей в точках соединения. Точки соединения равномерно распределены вдоль второй кромки. Кроме того, точки соединения удалены на одинаковое расстояние от центральной оси тороидальной опорной конструкции. Расстояние между каждой из точек соединения и центральной осью может быть названо радиусом трубчатого кольца.
[005] В некоторых вариантах реализации изобретения несколько изолирующих линейных опорных компонентов соединены со второй кромкой в каждой из точек соединения. Этот признак может быть использован для обеспечения проходящей по периферии опоры для указанных одной или более боковых панелей и, как результат, для всей тороидальной опорной конструкции. Иными словами, этот признак может обеспечить предотвращение поворота тороидальной опорной конструкции относительно монтажного основания, когда изолирующие линейные опорные компоненты прикрепляют к монтажному основанию во время установки тороидальной опорной конструкции.
[006] В некоторых вариантах реализации изобретения, когда тороидальная опорная конструкция установлена, а изолирующие линейные опорные компоненты прикреплены к монтажному основанию, угол между каждым изолирующим линейным опорным компонентом и радиусом, проходящим до точки соединения, связанной с этим изолирующим линейным опорным компонентом, может быть таким же. В некоторых вариантах реализации изобретения все радиусы могут быть перпендикулярны трубчатому кольцу.
[007] В некоторых вариантах реализации изобретения каждый изолирующий линейный опорный компонент шарнирно соединен со второй кромкой в одной из точек соединения. Поворотное соединение обеспечивает возможность поворота изолирующего линейного опорного компонента относительно второй кромки во время установки тороидальной опорной конструкции на монтажное основание. Поворотное соединение также обеспечивает возможность установки тороидальной опорной конструкции на различные типы монтажных оснований, например, монтажных оснований, имеющих различные размеры. Кроме того, поворотное соединение может обеспечить уменьшение концентраций напряжения в точках соединения и/или передачу крутящего момента между изолирующими линейными опорными компонентами и второй кромкой во время работы тороидальной опорной конструкции.
[008] В некоторых вариантах реализации изобретения тороидальная опорная конструкция также содержит множество соединителей для соединения тороидальной опорной конструкции с монтажным основанием. В частности, соединитель может быть непосредственно сопряжен с монтажным основанием и может быть прикреплен к монтажному основанию болтами, с помощью сварки или иным образом. Соединители прикреплены к концам изолирующих линейных опорных компонентов, которые противоположны концам, соединенным со второй кромкой. В некоторых вариантах реализации изобретения каждый соединитель может быть соединен с возможностью поворота с другим изолирующим линейным опорным компонентом. Поворотное соединение обеспечивает возможность поворота соединителей относительно изолирующего линейного опорного компонента во время установки тороидальной опорной конструкции на монтажное основание. Кроме того, поворотное соединение может обеспечить уменьшение концентраций напряжения и/или передачу крутящего момента между изолирующими линейными опорными компонентами и соединителями во время работы тороидальной опорной конструкции.
[009] В некоторых вариантах реализации изобретения длина каждого изолирующего линейного опорного компонента является одинаковой. Этот признак обеспечивает параллельность второй кромки монтажному основанию после установки тороидальной опорной конструкции. Кроме того, когда изолирующие линейные опорные компоненты расширяются или сжимаются вследствие тепловых колебаний монтажного основания, вторая кромка может оставаться параллельной монтажному основанию.
[0010] В некоторых вариантах реализации изобретения указанные одна или более боковых панелей содержат несколько боковых панелей, соединенных вдоль вертикальных кромок в трубчатое кольцо. Каждая из точек соединения может быть размещена на отличающейся вертикальной кромке.
[0011] В некоторых вариантах реализации изобретения каждая из указанных нескольких боковых панелей может быть плоской конструкцией. По существу, трубчатое кольцо может быть многоугольной призмой. Кроме того, внутренняя кромка плоского кольца может иметь многоугольную форму. Наружная кромка плоского кольца может иметь многоугольную форму. В альтернативном варианте реализации трубчатое кольцо может быть цилиндром. Например, одна боковая панель может быть использована для образования трубчатого кольца. Еще в одном примере несколько криволинейных боковых панелей может быть использован таким образом, что эти панели имеют одинаковый радиус и образуют цилиндрическое трубчатое кольцо без каких-либо кромок.
[0012] В некоторых вариантах реализации изобретения указанные одна или более боковые панели содержат жесткую решетку. Жесткая решетка увеличивает жесткость панелей без излишнего утяжеления. Указанные одна или более боковые панели могут иметь отверстия. Указанные одна или более днищевые панели могут иметь сотовую сэндвичевую конструкцию и могут также включать в себя отверстия.
[0013] В некоторых вариантах реализации изобретения тороидальная опорная конструкция также содержит одну или более внутренних опор. Указанные одна или более внутренних опор могут быть соединены с указанными одной или более боковыми панелями и с указанными одной или более днищевыми панелями и сохраняют ориентацию указанных одной или более боковых панелей относительно указанных одной или более днищевых панелей. В частности, может быть сохранен угол между указанными одной или более боковыми панелями и указанными одной или более днищевыми панелями вдоль второй кромки. В некоторых вариантах реализации изобретения этот угол может составлять приблизительно 90°.
[0014] Указанные одна или более внутренних опор могут содержать множество раскосов, соединенных со второй кромкой указанных одной или более боковых панелей. Это множество раскосов может быть также соединено в точках соединения вместе с изолирующими линейными опорными компонентами. В некоторых вариантах реализации изобретения несколько раскосов соединены со второй кромкой в каждой точке соединения. Кроме того, указанное множество раскосов могут быть соединены с возможностью поворота со второй кромкой в точках соединения.
[0015] В некоторых вариантах реализации изобретения указанные одна или более внутренних опор содержат одну или более внутренних панелей. По меньшей мере одна из боковых панелей может быть выполнена с возможностью поворота относительно указанных одной или более днищевых панелей или относительно указанных одной или более боковых панелей для обеспечения доступа к камере тороидальной опорной конструкции. Камера образована указанными одной или более внутренними панелями, указанными одной или более боковыми панелями и указанными одной или более днищевыми панелями. В некоторых вариантах реализации изобретения указанные одна или более внутренних панелей образуют тороидальное кольцо.
[0016] Также раскрыт узел, содержащий тороидальную опорную конструкцию и монтажное основание. Тороидальная опорная конструкция содержит одну или более боковых панелей, одну или более днищевых панелей и множество изолирующих линейных опорных компонентов. Указанные одна или более боковые панели образуют трубчатое кольцо, проходящее между первой кромкой и второй кромкой. Указанные одна или более днищевые панели образуют плоское кольцо, проходящее между наружной кромкой и внутренней кромкой. Первая кромка указанных одной или более боковых панелей прикреплена к наружной кромке указанных одной или более днищевых панелей. Указанное множество изолирующих линейных опорных компонентов соединено со второй кромкой указанных одной или более боковых панелей в точках соединения. Точки соединения равномерно распределены вдоль второй кромки и удалены на одинаковое расстояние от центральной оси тороидальной опорной конструкции на величину радиуса. Указанное множество изолирующих линейных опорных компонентов соединено с монтажным основанием.
[0017] В некоторых вариантах реализации изобретения угол между каждым из указанного множества изолирующих линейных опорных компонентов и радиусом, проходящим к одной из точек соединения, связанной с упомянутым компонентом из указанного множества изолирующих линейных опорных компонентов, является одним и тем же.
[0018] Монтажное основание может представлять собой криогенный резервуар, имеющий куполообразную форму. Тороидальная опорная конструкция окружает монтажное основание таким образом, что часть монтажного основания по меньшей мере частично проходит в трубчатое кольцо. В некоторых вариантах реализации изобретения часть монтажного основания по меньшей мере частично проходит в плоское кольцо.
[0019] В некоторых вариантах реализации изобретения узел также содержит проводку и/или систему трубок, поддерживаемых указанными одной или более днищевыми панелями. Узел также может содержать компонент оборудования, выбранный из группы, состоящей из двигателя малой тяги и камеры, причем компонент оборудования смонтирован на указанных одной или более боковых панелей снаружи трубчатого кольца.
[0020] Эти и другие варианты реализации изобретения описаны далее ниже со ссылкой на фигуры чертежей.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0021] На ФИГ. 1А схематически показан перспективный вид тороидальной опорной конструкции в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.
[0022] На ФИГ. 1В схематически показан перспективный вид части тороидальной опорной конструкции по ФИГ. 1В, иллюстрирующий одну ориентацию примера изолирующих линейных опорных компонентов.
[0023] На ФИГ. 2А схематически показан перспективный вид тороидальной опорной конструкции, имеющей внутреннюю панель, в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.
[0024] На ФИГ. 2В схематически показан разрез части тороидальной опорной конструкции по ФИГ. 2В, показывающий камеру, в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.
[0025] На ФИГ. 3 схематически показан вид сбоку тороидальной опорной конструкции, прикрепленной к криогенному резервуару космического аппарата, в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.
[0026] На ФИГ. 4 схематически показан перспективный вид тороидальной опорной конструкции по ФИГ. 1А, иллюстрирующий различное оборудование, прикрепленное к тороидальной опорной конструкции и поддерживаемое тороидальной опорной конструкцией, в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0027] В последующем описании многочисленные конкретные детали изложены для того, чтобы обеспечить полное понимание представленных концепций. Эти представленные концепции могут быть применены на практике без некоторых или всех из этих конкретных деталей. В других случаях хорошо известные операции способа не были описаны подробно с тем, чтобы излишне не усложнять раскрытые концепции. Хотя некоторые концепции будут описаны в связи с конкретными вариантами реализации, следует отметить, что эти варианты реализации не предназначены для ограничения изобретения.
Введение
[0028] Большинство традиционных опорных конструкций (например, полок) обычно представляют собой плоские конструкции, проходящие вдоль одного направления и обычно поддерживаемые плоскими монтажными основаниями (например, стенками) или прикрепленные к ним. Однако конкретные применения опорных конструкций могут потребовать размещения этих конструкций в определенных пространствах (например, между внешней цилиндрической ограничительной поверхностью и внешней сферической ограничительной поверхностью). Кроме того, указанным конструкция возможно придется выдерживать вибрацию (например, короткие периоды ускорения до 10g) при одновременном выдерживании значительных нагрузок. В некоторых вариантах реализации изобретения конструкция может работать вокруг компонентов, подверженных большим колебаниям температур. Одно конкретное применение заключается в поддержке различных компонентов оборудования, систем труб и проводки в пределах космического аппарата в области между внешней цилиндрической оболочкой космического аппарата и его сферическим криогенным резервуаром. Криогенный резервуар также может быть использован в качестве монтажного основания для конструкции. Доступное пространство в этой области является тороидом. Поперечное сечение этого тороида может иметь форму наподобие прямоугольного треугольника, в котором гипотенуза заменена кривой, представляющей часть окружности. Хотя плоская полка может быть размещена в самой широкой части этого доступного пространства (например, вдоль днища), плоская полка не обеспечивает образование достаточной поверхности для монтажа оборудования. Кроме того, поддержка плоской полки в этом пространстве может оказаться сложной задачей. Необходимы поддерживающие раскосы, которые имеют различные длины и проходят к внешней и внутренней кромкам плоской полки. Более длинные раскосы будут испытывать более высокие уровни тепловых деформаций во время колебаний температур, вызывающих отсутствие выравнивания и даже деформацию плоской полки.
[0029] Раскрыты тороидальные опорные конструкции и узлы, содержащие эти тороидальные опорные конструкции. Эти тороидальные опорные конструкции направлены на решение различных проблем, связанных с плоскими полками, описанными выше. Тороидальные опорные конструкции могут быть выполнены с возможностью размещения в любых доступных пространствах тороидальной формы и могут потребовать минимальной поддержки. Выполнение тороидальных опорных конструкций обеспечивает жесткость конструкций независимо от опоры.
[0030] Тороидальная опорная конструкция содержит одну или более боковых панелей, образующих трубчатое кольцо. Кроме того, тороидальная опорная конструкция содержит одну или более днищевых панелей, образующих плоское кольцо. Эти кольца соединены вдоль их кромок, например нижней (первой) кромки трубчатого кольца и наружной кромки плоского кольца. Верхняя (вторая) кромка трубчатого кольца соединена с изолирующими линейными опорными компонентами, используемыми для поддержки обоих колец относительно монтажного основания, такого как криогенный резервуар. Изолирующие линейные опорные компоненты соединены с одной и той же кромкой трубчатого кольца и могут иметь одинаковую длину. По существу, колебания температур монтажного основания не будут мешать ориентации колец. Кольца могут сохранять возможность перемещения вверх и вниз относительно монтажного основания вследствие теплового расширения/сжатия изолирующих линейных опорных компонентов. Однако это перемещение может происходить в направлении, перпендикулярном монтажному основанию и плоскому кольцу. Кроме того, поскольку теплопроводность изолирующих линейных опорных компонентов является минимальной, колебания температур монтажного основания не вызывают каких-либо значительных колебаний температур колец тороидальной опорной конструкции.
[0031] Оба кольца тороидальной опорной конструкции обеспечивают образование опорных монтажных поверхностей для оборудования, кабелей и труб и других аналогичных компонентов. Кроме того, эти поверхности могут быть также использованы для термического соединения смонтированных компонентов для обеспечения теплового управления, например, рассеяния тепла от электронных компонентов во время их работы. В некоторых вариантах реализации изобретения обе стороны одного или обоих из колец могут быть использованы для опоры с увеличением, таким образом, общей доступной поверхности тороидальной опорной конструкции. Кроме того, тороидальная опорная конструкция может включать в себя одну или более внутренних панелей, образующих внутреннее кольцо. Внутреннее кольцо может, в свою очередь, образовывать камеру с трубчатым кольцом и плоским кольцом. Камера может быть использована для защиты различных смонтированных внутри компонентов от воздействия внешней среды. Доступ к камере может, например, осуществляться через поворотную часть одного из колец.
[0032] В некоторых вариантах реализации изобретения центральное отверстие тороидальной опорной конструкции может быть использовано для выступания других компонентов, таких как часть монтажного основания. Выполнение опорной конструкции тороидальной обеспечивает возможность монтажа этой конструкции поверх других компонентов. Кольца тороидальной опорной конструкции могут быть выполнены специально для размещения этих выступающих компонентов. Например, внутренние панели могут быть выполнены изогнутыми внутрь (относительно прямой линии, соединяющей вторую кромку трубчатого кольца и внутреннюю кромку плоского кольца) для размещения вокруг сферических объектов.
[0033] Тороидальность опорной конструкции обеспечивает повышенную жесткость по сравнению, например, с обычной плоской полкой. Повышенная жесткость приводит к способности выдерживать большие нагрузки, выдерживать повышенные ускорения (например, вибрацию) и обеспечивает повышенную стабильность. В некоторых вариантах реализации изобретения указанные одна или более стороны, указанные одна или более днищевые панели и указанные одна или более внутренние опоры (например, внутренние панели или раскосы) обеспечивают возможность образования замкнутой формы. Замкнутая форма обеспечивает более высокую жесткость на изгиб и кручение чем, например, обычные плоские конструкции. Следует отметить, что внутренние панели могут быть использованы в дополнение или вместо внутренних раскосов, которые вместе могут быть упомянуты как внутренние опоры.
[0034] Тороидальность также может обеспечивать меньшую массу тороидальной опорной конструкции по сравнению с обычной плоской полкой. Вследствие значительно большей жесткости тороидальной формы, для боковых панелей и/или днищевых панелей, например, могут быть использованы более легкие материалы. Например, днищевые панели могут иметь сотовую сэндвичевую конструкцию.
[0035] Боковые панели, а в некоторых вариантах реализации изобретения внутренние панели, могут быть плоскими панелями или криволинейными панелями. Например, когда внутренние панели выполнены плоскими, трубчатое кольцо имеет форму многоугольной призмы. Когда одна или более внутренних панелей являются криволинейными, кривизна этих панелей может соответствовать радиусу окружающей внутренней части. Кривизна может быть выбрана специально, чтобы обеспечить непрерывность поверхности и избежать острых кромок. В некоторых вариантах реализации изобретения трубчатое кольцо имеет круговую цилиндрическую форму.
[0036] Тороидальные опорные конструкции, описанные в настоящем документе, могут быть использованы для космических аппаратов и других применений. Хотя настоящее описание сфокусировано на космических аппаратах и, в частности, на монтаже тороидальных опорных конструкций вокруг криогенного резервуара космических аппаратов, специалисту в данной области техники будет очевидно, что в рамках объема формулы настоящего изобретения возможны и другие применения. Тороидальные опорные конструкции могут быть использованы для размещения в любых цилиндрических внутренних частях, и различные круглые объекты могут проходить через центральные отверстия тороидальных опорных конструкций.
Примеры тороидальных опорных конструкций
[0037] На ФИГ. 1А схематически показан перспективный вид тороидальной опорной конструкции 100 в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения. Тороидальная опорная конструкция 100 может быть использована для поддержки оборудования, систем труб и проводки в космическом аппарате, как подробно описано ниже со ссылкой на ФИГ. 4. Тороидальная опорная конструкция 100 выполнена с возможность выдерживать и обеспечивать механическую опору для других компонентов во время коротких периодов ускорения до 10g и длительных периодов ускорения до 3g, которые являются обычными во время работы космических аппаратов. В дополнение к механической опоре тороидальная опорная конструкция 100 обеспечивает термическую изоляцию поддерживаемых компонентов и компонентов конструкции, что обеспечивает возможность использования монтажных оснований при работе в условиях экстремальных температур. Например, криогенный резервуар космического аппарата может быть использован в качестве монтажного основания. В частности, тороидальная опорная конструкция 100 может быть подвешена на криогенный резервуар, который во время некоторых операций может испытывать колебания температур примерно от +25°C до -182°C. Для специалиста в данной области техники очевидно, что тороидальная опорная конструкция 100 также может найти иные применения
[0038] В некоторых вариантах реализации изобретения тороидальная опорная конструкция 100 содержит одну или более боковых панелей 110, образующих трубчатое кольцо 111. Трубчатое кольцо 111 проходит между первой кромкой 112 и второй кромкой 114. Трубчатое кольцо 111 может иметь цилиндрическую форму, так что одна или более боковых панелей 110 параллельны центральной оси 102. В этом примере первая кромка 112 и вторая кромка 114 имеют одинаковые форму и размер. Цилиндрическая форма трубчатого кольца 111 может быть круговой цилиндрической формой или многоугольной цилиндрической формой в зависимости от количества и формы одной или более боковых панелей 110. Например, на ФИГ. 1А показан пример, в котором трубчатое кольцо 111 имеет многоугольную цилиндрическую форму. Это трубчатое кольцо 111 образовано посредством нескольких (шестнадцати на ФИГ. 1А) плоских боковых панелей 110. В этом примере первая кромка 112 и вторая кромка 114 представляют собой многоугольники.
[0039] С другой стороны, на ФИГ. 2А показан пример, в котором трубчатое кольцо 111 имеет круговую цилиндрическую форму и образовано одной сплошной боковой панелью 110, которой придана форма полного цилиндра. В этом примере первая кромка 112 и вторая кромка 114 являются окружностями. Следует отметить, что круговая цилиндрическая форма также быть образована посредством нескольких криволинейных боковых панелей 110, имеющих одинаковый радиус.
[0040] В некоторых вариантах реализации изобретения трубчатое кольцо 111 может иметь форму усеченного конуса (например, частичного конуса или частичной пирамиды). В этих вариантах реализации изобретения все боковые панели 110 могут иметь один и тот же угол относительно центральной оси 102. Кроме того, первая кромка 112 имеет другой размер, чем вторая кромка 114, даже если форма кромок 112 и 114 может быть одной и той же. Например, первая кромка 112 может быть больше по размеру, чем вторая кромка 114. В альтернативных вариантах реализации изобретения первая кромка 112 может быть меньше по размеру, чем вторая кромка 114.
[0041] В некоторых вариантах реализации изобретения одна или более боковых панелей 110 содержат жесткую решетку 115 или, в частности, жесткую прямоугольную решетку или жесткую решетку с одинаковыми повторяющимися элементами (например, жесткую решетку с одинаковыми повторяющимися треугольниками). Жесткая решетка 115 усиливает жесткость при экономии материала и, следовательно, уменьшении массы.
[0042] В некоторых вариантах реализации изобретения одна или более боковых панелей 110 содержат отверстия 118. Отверстия 118 могут быть использованы для прокладки проводов и/или систем труб и прикрепления других компонентов. Кроме того, отверстия 118 могут быть использованы для вентиляции пространства внутри и вокруг тороидальной опорной конструкции 100.
[0043] Тороидальная опорная конструкция 100 также содержит одну или более днищевых панелей 120, образующих плоское кольцо 121. Плоское кольцо 121 проходит между наружной кромкой 122 и внутренней кромкой 124. Первая кромка 112 одной или более боковых панелей 110 прикреплена к наружной кромке 122 одной или более днищевых панелей 120. По существу, первая кромка 112 и наружная кромка 122 могут иметь одинаковые форму и размер. Например, первая кромка 112 и наружная кромка 122 могут быть многоугольниками, как показано на ФИГ. 1А, или окружностями, как показано на ФИГ. 2А.
[0044] Одна или более днищевых панелей 120 могут быть выполнены из различных материалов, таких как металл, пластик, композиты. В некоторых вариантах реализации изобретения одна или более днищевых панелей 120 имеют сотовую сэндвичевую конструкцию, которая является легкой, но имеет высокую прочность. Одна или более днищевых панелей 120 могут иметь отверстия 125 для доступа к пространству вокруг этих панелей.
[0045] Тороидальная опорная конструкция 100 также содержит множество изолирующих линейных опорных компонентов 130. Изолирующие линейные опорные компоненты 130 могут быть соединены с второй кромкой 114 одной или более боковых панелей 110 в точках 116 соединения. Эти точки 116 соединения могут быть равномерно распределены вдоль второй кромки 114 или, в частности, по периметру второй кромки 114. Иными словами, точки 116 соединения могут быть удалены на одинаковое расстояние друг от друга. Кроме того, каждая из точек 116 соединения может быть удалена на одинаковое расстояние от центральной оси 102 тороидальной опорной конструкции 100. Расстояние между каждой из точек 116 соединения и центральной осью 102 может быть задано радиусом 117. Следует отметить, что это расстояние применяется ко всем примерам форм второй кромки 114, которая может быть круговой или иметь многоугольную форму.
[0046] Изолирующие линейные опорные компоненты 130 используются для прикрепления тороидальной опорной конструкции 100 к различным монтажным основаниям, одним из примеров которых является криогенный резервуар. В частности, изолированные линейные опоры 130 позволяют этим монтажным основаниям выдерживать большие изменения температуры (например, изменения величиной 100-300°C) без существенного механического и термического воздействия на тороидальную опорную конструкцию 100. Изменения температуры обычно вызывают изменения размеров вследствие коэффициентов теплового расширения различных материалов, используемых для тороидальной опорной конструкции 100. По существу, монтажные основания и даже изолированные линейные опоры 130 могут претерпевать изменения размеров во время колебаний температуры. Однако расположение точек 116 соединения изолированных линейных опор 130, конструкция и ориентация изолированных линейных опор 130 и другие характеристики специально выбраны таким образом, что изменения размеров монтажных оснований и изолированных линейных опор 130 не вызывают дополнительных механических напряжений или перекашивания на других компонентах тороидальной опорной конструкции 100, таких как одна или более боковых панелей 110 и одна или более днищевых панелей 120.
[0047] В некоторых вариантах реализации изобретения несколько изолирующих линейных опорных компонентов 130 могут соединяться со второй кромкой 114 в каждой точке 116 соединения. В частности, на ФИГ. 1А и 2А показаны два изолирующих линейных опорных компонента 130, соединенных с каждой точкой 116 соединения. По существу, когда тороидальная опорная конструкция 100 установлена (например, когда тороидальная опорная конструкция 100 является частью узла, как подробно описано ниже со ссылкой на ФИГ. 3), угол 131 между каждым из двух изолирующих линейных опорных компонентов 130 и второй кромкой 114 может составлять менее 90°, например от 45° до 60°. Этот признак может быть использован для обеспечения периферийной опоры для указанных одной или более боковых панелей 110 и предотвращения поворота тороидальной опорной конструкции 100 вокруг центральной оси 102. Кроме того, когда тороидальная опорная конструкция 100 установлена, угол 133 между двумя изолирующими линейными опорными компонентами 130, соединенными с каждой точкой 116 соединения, может составлять примерно от 15° до 90° или, в частности, от 30° до 45°.
[0048] После установки, угол 132 между каждым изолирующим линейным опорным компонентом 130 и радиусом 117 (проходящим до соответствующей точки 116 соединения) может быть одним и тем же. На ФИГ. 1В показана часть тороидальной опорной конструкции 100, показывающая две точки 116а и 116b соединения. Два изолирующих линейных опорных компонента 130а и 130b соединены с точкой 116а соединения, а два других изолирующих линейных опорных компонента 130с и 130d соединены с точкой 116b соединения. Радиус 117а проходит до точки 116а соединения, а радиус 117b проходит до точки 116b соединения. На этих чертежах угол 132а (между изолирующими линейными опорными компонентами 130а и радиусом 117а) является таким же, как угол 132b (между изолирующими линейными опорными компонентами 130b и радиусом 117b), а также таким же, как угол 132с (между изолирующими линейными опорными компонентами 130с и радиусом 117с) и угол 132d (между изолирующими линейными опорными компонентами 130d и радиусом 117d). Иными словами, после установки тороидальной опорной конструкции 100 и закрепления ориентаций изолирующих линейных опорных компонентов 130a-130d все четыре угла 132a-132d могут быть одинаковыми. Этот признак может быть использован для обеспечения того, чтобы одно и то же расширение или сжатие изолирующих линейных опорных компонентов 130a-130d не вызывало наклона второй кромки 114 или напряжения в точках 116а и 116b соединения.
[0049] В некоторых вариантах реализации изобретения каждый изолирующий линейный опорный компонент 130 шарнирно соединен со второй кромкой 114 в одной из точек 116 соединения. Поворотное соединение может способствовать установке тороидальной опорной конструкции 100, например отдельному выравниванию изолирующих линейных опорных компонентов 130 относительно монтажной конструкции. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения поворотное соединение позволяет избежать передачи крутящего момента между изолирующими линейными опорными компонентами 130 и одной или более боковыми панелями 110 и предотвратить изгиб изолирующих линейных опорных компонентов 130 и одной или более боковых панелей 110.
[0050] Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения длина каждого изолирующего линейного опорного компонента 130 является такой же, как и любого другого изолирующего линейного опорного компонента 130. Этот признак может быть использован для обеспечения сохранения параллельности второй кромки 114 монтажному основанию.
[0051] В некоторых вариантах реализации изобретения тороидальная опорная конструкция 100 также содержит множество соединителей 140 для соединения тороидальной опорной конструкции 100 с монтажным основанием, таким как криогенный резервуар. В частности, каждый изолирующий линейный опорный компонент 130 может включать в себя один соединитель 140, прикрепленный к концу изолирующего линейного опорного компонента 130, противоположного концу, соединенному со второй кромкой 114 одной или более боковых панелей 110. В некоторых вариантах реализации изобретения один соединитель 140 может иметь несколько изолирующих линейных опорных компонентов 130, соединенных с ним. В некоторых вариантах реализации изобретения соединитель 140 может быть соединен с возможностью поворота с соответствующими изолирующими линейными опорными компонентами 130.
[0052] Когда несколько боковых панелей 110 образует трубчатое кольцо 111, эти боковые панели 110 могут быть соединены друг с другом вдоль вертикальных кромок 113. Точки 116 соединения могут быть расположены на концах этих вертикальных кромок 113 или, в частности, на пересечениях вертикальных кромок 113 и второй кромки 114. Этот подход обеспечивает для каждой точки 116 соединения возможность поддержки двух соседних боковых панелей 110. По существу, каждая точка 116 соединения может быть размещена в отличающемся месте сопряжения, образованном парой соседних боковых панелей 110а.
[0053] В некоторых вариантах реализации изобретения тороидальная опорная конструкция 100 также содержит одну или более внутренних опор 150, соединенных с одной или более боковыми панелями 110 и с одной или более днищевыми панелями 120. Одна или более внутренних опор 150 могут быть использованы для сохранения ориентации одной или более боковых панелей 110 относительно одной или более днищевых панелей 120. В частности, сочетание одной или более внутренних опор 150, одной или более боковых панелей 110 и одной или более днищевых панелей 120 для закрытой конструкции обеспечивает повышение жесткости и улучшение других механических характеристик тороидальной опорной конструкции 100. Следует отметить, что одна или более внутренних опор 150, одна или более боковых панелей 110 и/или одна или более днищевых панелей 120 не обязательно должны образовывать непрерывную конструкцию вокруг центральной оси 102. Например, одна или более внутренних опор 150 могут представлять собой несколько отдельных раскосов 152. Аналогичным образом, одна или более боковых панелей 110 и одна или более днищевых панелей 120 могут иметь отверстие и другие элементы. Непрерывность поперечного сечения тороида рассматривается в совокупности по полному обороту этого тороида. В частности, угол между одной или более боковыми панелями 110 и одной или более днищевыми панелями 120 вдоль второй кромки 114 может поддерживаться посредством внутренних опор 150, даже когда к одной или более боковым панелям 110 и одной или более днищевым панелям 120 приложены различные нагрузки.
[0054] В некоторых вариантах реализации изобретения одна или более внутренних опор 150 содержат множество раскосов 152, как, например, показано на ФИГ. 1А. Раскосы 152 выполнены очень легкими, что также обеспечивает больший доступ к поверхностям одной или более боковых панелей 110 и одной или более днищевых панелей 120. Раскосы 152 могут быть соединены со второй кромкой 114 в точках 116 соединения. В некоторых вариантах реализации изобретения раскосы 152 могут быть даже непосредственно соединены с изолирующими линейными опорными компонентами 130 таким образом, что по меньшей мере часть нагрузки между раскосами 152 и изолирующими линейными опорными компонентами 130 может быть передана непосредственно, а не через одну или более боковых панелей 110. Кроме того, несколько раскосов 152 или, в частности, два раскоса 152, могут быть соединены с каждой точкой 116 соединения. В некоторых вариантах реализации изобретения соединение между второй кромкой 114 и раскосами в точках 116 соединения может быть выполнено поворотным.
[0055] В некоторых вариантах реализации изобретения одна или более внутренних опор 150 могут быть внутренними панелями 154, образующими камеру 104 вместе с одной или более боковыми панелями 110 и одной или более днищевыми панелями 120, как, например, схематично показано на ФИГ. 2В. Например, могут быть использованы несколько внутренних панелей 154 или одна непрерывная внутренняя панель 154, как, например, схематично показано на ФИГ. 2В. Камера 104 может быть использована для защиты от окружающей среды различных компонентов, поддерживаемых тороидальной опорной конструкцией 100. Когда тороидальная опорная конструкция 100 имеет камеру 104, либо часть одной или более боковых панелей 110, часть одной или более днищевых панелей 120, либо часть одной или более внутренних панелей 154 может быть выполнена с возможностью снятия или поворота для обеспечения доступа к камере 104.
Примеры узлов, содержащих тороидальные опорные конструкции
[0056] На ФИГ. 3 схематично показан узел 200, содержащий тороидальную опорную конструкцию 100 и монтажное основание 210, в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения. Различные аспекты и признаки тороидальной опорной конструкции 100 описаны выше со ссылкой на ФИГ. 1А-2В. В узле 200 изолирующие линейные опорные компоненты 130 соединены с монтажным основанием 210, обеспечивающим поддержку тороидальной опорной конструкции 100 относительно монтажного основания 210. Следует отметить, что в зависимости от применений тороидальной опорной конструкции 100, поддержка может осуществляться в различных линейных и поворотных направлениях. Например, применения в неподвижном состоянии на Земле преимущественно могут быть связаны с силой тяжести. Другие применения могут также включать в себя удары и вибрацию (импульс).
[0057] Когда тороидальная опорная конструкция 100 является частью узла 200, ее изолирующие линейные опорные компоненты 130 закреплены на обоих концах и могут сохранять свою ориентацию относительно других компонентов тороидальной опорной конструкции 100. Различные примеры ориентации описаны выше, например, со ссылкой на ФИГ. 1В.
[0058] Монтажное основание 210 может представлять собой криогенный резервуар, имеющий куполообразную форму как, например, показано на ФИГ. 3. Тороидальная опорная конструкция 100 может окружать монтажное основание 210 таким образом, что монтажное основание 210 по меньшей мере частично проходит в центральное отверстие 101. Следует отметить, что размер (и даже форма) центрального отверстия 101 может варьироваться в разных положениях по высоте тороидальной опорной конструкции 100 зависимости от формы поперечного сечения тороида. Например, центральное отверстие 101 на уровне второй кромки 114 может быть больше, чем центральное отверстие 101 на уровне первой кромки 112, что лучше обеспечивает размещение сфер, конусов, пирамид и других нецилиндрических объектов внутри центрального отверстия 101. Фактически, центральное отверстие 101 может быть выполнено специально для размещения вокруг объекта, проходящего через него. На ФИГ. 3 показаны часть 210а монтажного основания 210, проходящего внутри ограничительной поверхности тороидальной опорной конструкции 100, в то время как часть 210b проходит ниже этой ограничительной поверхности. По существу, в некоторых вариантах реализации изобретения монтажное основание 210 проходит через плоское кольцо 121.
[0059] На ФИГ. 4 показана тороидальная опорная конструкция 100, служащая опорой для различного оборудования 400, в соответствии с некоторыми вариантами реализации изобретения. Некоторые примеры оборудования 400 включают в себя проводку, систему трубок, камеры, двигатели малой тяги. Оборудование может поддерживаться снаружи относительно тороидальной опорной конструкции 100 или внутри. В частности, одна или более боковых панелей 110 имеют внешнюю поверхность 119а, обращенную от центральной оси 102, и внутреннюю поверхность 119b, обращенную к центральной оси 102. Аналогичным образом, одна или более днищевых панелей 120 имеют внешнюю поверхность 129а, обращенную от изолирующих линейных опорных компонентов 130, и внутреннюю поверхность 119b, обращенную к изолирующим линейным опорным компонентам 130. Оборудование 400 может быть смонтировано на одной или более из этих поверхностей.
[0060] На ФИГ. 4 также показана панель 410 доступа для технического обслуживания или замены смонтированного внутри оборудования 400. Панель 410 доступа может быть размещена в пределах одной или более днищевых панелей 120 (как показано на ФИГ. 4), одной или более боковых панелей 110 и/или одной или более внутренних панелей 154. Панель 410 доступа может быть выполнена с возможностью поворота относительно других панелей.
Пункт 1. Тороидальная опорная конструкция, содержащая:
- одну или более боковых панелей, образующих трубчатое кольцо, проходящее между первой кромкой и второй кромкой;
- одну или более днищевых панелей, образующих плоское кольцо, проходящее между наружной кромкой и внутренней кромкой, при этом первая кромка указанных одной или более боковых панелей прикреплена к наружной кромке указанных одной или более днищевых панелей; и
- множество изолирующих линейных опорных компонентов, соединенных со второй кромкой указанных одной или более боковых панелей в точках соединения,
причем точки соединения равномерно распределены вдоль второй кромки и удалены на одинаковое расстояние от центральной оси тороидальной опорной конструкции на величину радиуса.
Пункт 2. Тороидальная опорная конструкция по пункту 1, в которой угол между каждым компонентом из указанного множества изолирующих линейных опорных компонентов и радиусом, проходящим к одной из точек соединения, связанной с этим компонентом из указанного множества изолирующих линейных опорных компонентов, является одним и тем же.
Пункт 3. Тороидальная опорная конструкция по пункту 1, в которой длина каждого из указанного множества изолирующих линейных опорных компонентов является одной и той же.
Пункт 4. Тороидальная опорная конструкция по пункту 1, в которой каждая из точек соединения размещена в отличающемся месте сопряжения, образованном парой из указанных нескольких боковых панелей, причем каждая из указанных одной или более боковых панелей является плоской конструкцией.
Пункт 5. Тороидальная опорная конструкция по пункту 1, в которой указанные одна или более боковых панелей содержат жесткую решетку.
Пункт 6. Тороидальная опорная конструкция по пункту 1, в которой указанные одна или более днищевых панелей имеют сотовую сэндвичевую конструкцию.
Пункт 7. Тороидальная опорная конструкция по пункту 1, также содержащая одну или более внутренних опор, соединенных с указанными одной или более боковыми панелями и с указанными одной или более днищевыми панелями для сохранения ориентации указанных одной или более боковых панелей относительно указанных одной или более днищевых панелей.
Пункт 8. Тороидальная опорная конструкция по пункту 7, в которой указанные одна или более внутренних опор содержат одну или более внутренних панелей, образующих частично тороидальное кольцо.
Пункт 9. Тороидальная опорная конструкция по пункту 1, в которой внутренняя кромка плоского кольца имеет многоугольную форму.
Пункт 10. Тороидальная опорная конструкция по пункту 1, в которой наружная кромка плоского кольца имеет многоугольную форму.
Вывод
Различные примеры устройства (устройств) и способа (способов), раскрытые в настоящем документе, включают в себя различные компоненты, признаки и функциональные особенности. Следует понимать, что различные примеры устройства (устройств) и способа (способов), раскрытые в настоящем документе, могут включать в себя любые компоненты, признаки и функциональные особенности любых других примеров устройства (устройств) и способа (способов), раскрытых в настоящем документе, в любой комбинации, и все такие возможности предназначены для включения в пределы сущности и объема настоящего изобретения.
Множество модификаций примеров, раскрытых в настоящем документе, окажутся очевидными для специалиста в области техники, к которой относится раскрытие настоящего изобретения, при изучении особенностей настоящего изобретения, представленных в вышеприведенном описании и на соответствующих чертежах.
В связи с этим, следует отметить, что настоящее изобретение не ограничено конкретными показанными примерами, и что модификации и другие примеры следует считать включенными в объем прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, несмотря на то, что предшествующее описание и соответствующие чертежи описывают примеры раскрытия настоящего изобретения в контексте некоторых приведенных в качестве примеров комбинаций элементов и/или функций, следует понимать, что различные комбинации элементов и/или функций могут быть созданы в альтернативных вариантах реализации без отступления от объема прилагаемой формулы изобретения. Соответственно, ссылочные обозначения, приведенные в скобках в прилагаемой формуле изобретения, представлены только в иллюстративных целях и не предназначены для ограничения объема заявленного изобретения конкретными примерами, приведенными в раскрытии настоящего изобретения.