Устройство для крепления баллона высокого давления в возвращаемом космическом аппарате
Изобретение относится к области оборудования космической станции. Устройство содержит кронштейны для крепления баллона с цапфами к корпусу аппарата, один кронштейн жестко закреплен на корпусе аппарата. Оно снабжено сферическими вкладышами, установленными неподвижно в осевом направлении на цапфах баллона и контактирующими с ответными сферическими поверхностями, выполненными в кронштейнах. Один вкладыш выполнен с внутренним кольцевым выступом, взаимодействующим с кольцевым пазом цапфы баллона. Имеется также кронштейн, шарнирно связанный с корпусом. Технический результат - снижение веса и исключение деформации корпуса. 10 ил. 
Устройство относится к космической технике и применяется для крепления баллонов в возвращаемых космических аппаратах, подвергающихся сложной схеме нагружения.
Баллоны, применяемые в возвращаемых космических аппаратах, можно разделить на баллоны высокого давления, низкого давления и баллоны, несущие криогенные компоненты.
Наиболее серьезные проблемы возникают при креплении в возвращаемых космических аппаратах баллонов высокого давления и баллонов с криогенными компонентами.
Известны конструкции устройств для крепления баллонов высокого давления, устанавливаемых в космических кораблях.
Так, например, на фиг.6, 7, 8 и 9 изображено устройство для закрепления баллона 1 в ложементе 16, жестко связанном с корпусом возвращаемого космического аппарата 6 при помощи стяжных металлических лент 17. Ложемент 16, в свою очередь, соединен при помощи крепежных элементов 7 с корпусом 6.
Одним из недостатков такого метода закрепления является малая жесткость устройства.
Жесткость повысить можно за счет увеличения усилий затяжки лент, но это приводит к дополнительному нагружению баллона высокого давления, что снижает его прочность, поэтому усилие затяжки лент обычно ограничивают небольшой величиной.
Малая жесткость такой конструкции приводит к возникновению низкочастотных вибраций баллона на участке выведения корабля на орбиту, что приводит к нагружению его значительными динамическими усилиями и, как следствие, к увеличению веса устройства крепления баллона.
Если говорить об использовании подобной конструкции устройства в возвращаемом аппарате, то необходимо остановиться на следующем вопросе.
Например, при ударе возвращаемого аппарата о грунт, при посадке на Землю, корпус аппарата может деформироваться.
В ряде систем жизнеобеспечения имеются баллоны, в которых остается высокое давление, например, кислорода и после посадки возвращаемого аппарата.
Чтобы деформации корпуса 6 не передавались на баллон высокого давления 1, в ложементе 16 часть отверстий под болтами крепления 7 выполняется в форме пазов 19 со свободным ходом болта 
l, а затяжку болтов, чтобы не препятствовать их движению в пазах, ограничивают небольшими усилиями.
Это, в свою очередь, также приводит к снижению жесткости крепления баллона.
При посадке возвращаемого аппарата и ударе его о грунт на баллон могут воздействовать перегрузки в различных направлениях. Металлические стяжки-ленты плохо воспринимают нагрузки со стороны баллона, действующие вдоль его оси (нагрузка Q, см. фиг.6).
Для восприятия таких нагрузок на баллоне 1 предусматриваются специальные выступы 18 в виде кольцевых ребер, сопрягаемые с ложементом 16 (см. фиг.6).
Это ведет к увеличению веса баллона и к существенному усложнению технологии его изготовления.
Необходимо также отметить, что подобная конструкция устройства крепления баллона достаточно громоздка и чрезвычайно неудобна при компоновке в ограниченном объеме возвращаемого аппарата.
Более подходящая для применения в возвращаемом аппарате конструкция устройства изображена на фиг.10, взята авторами за прототип.
В этом случае крепление баллона высокого давления 1 с конструкцией возвращаемого аппарата 6 осуществляется при помощи кронштейнов 4, жестко соединенных при помощи крепежных элементов с цапфами баллона 2 и 3.
Такая конструкция устройства удобно компонуется, она более компактна, однако и она не лишена недостатков.
Как уже говорилось ранее, при посадке возвращаемого аппарата и ударе его о грунт корпус аппарата может деформироваться. При деформации корпуса аппарата 6 возможен поворот кронштейнов 4, вследствие чего баллон 1 может нагружаться некоторой системой сил.
Так, например, деформация корпуса на величину 
вызывает нагружение баллона парой сил N (см. фиг.10).
Учитывая, что при посадке возвращаемого аппарата в баллоне сохраняется рабочее давление, подобное нагружение баллона снижает надежность функционирования его и может привести к нежелательным последствиям.
В силу этого, конструкцию устройства крепления и баллон приходится утяжелять.
Вторым недостатком является то, что в силу предельных отклонений размера между цапфами баллона, отверстия для крепления в кронштейнах и в корпусе аппарата приходится сверлить при окончательной установке баллона, что снижает технологичность.
Целью настоящего изобретения является исключение вышеупомянутых недостатков, т.е. повышение надежности функционирования баллона за счет снижения нагрузок, приходящих на баллон на всех этапах эксплуатации возвращаемого космического аппарата с одновременным снижением веса баллона и устройства крепления.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены сферические вкладыши, которые установлены на цапфы баллона и контактируют с кронштейнами по сферическим поверхностям. Один из вкладышей на поверхности, контактирующей с цапфой, имеет кольцевой выступ, взаимодействующий с ответным пазом в цапфе. Другой вкладыш в осевом направлении жестко связан с цапфой баллона.
В свою очередь, кронштейн, соединенный с вкладышем, имеющим выступ, и взаимодействующий с пазом цапфы, связан с конструкцией возвращаемого космического аппарата при помощи шарнира.
Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами, где на:
фиг.1 изображен схематично общий вид крепления баллона в возвращаемом космическом аппарате;
фиг.2 изображено устройство крепления баллона в корпусе возвращаемого аппарата;
фиг.3 - узел крепления вкладыша, имеющего кольцевой выступ;
фиг.4 - узел крепления вкладыша без кольцевого выступа;
фиг.5 - принципиальная схема нагружения баллона.
Баллон 1 с цапфами 2 и 3 в космическом возвращаемом аппарате крепится при помощи кронштейнов 4 и 5. Кронштейны 4 и 5 закреплены на цапфах 2 и 3 баллона 1 и соединены с корпусом возвращаемого космического аппарата 6 при помощи крепежных элементов 7.
Сферические вкладыши 8 и 9, взаимодействующие со сферическими поверхностями 10 кронштейнов 4 и 5, установлены на цапфы 2 и 3 баллона 1.
Вкладыш 8, контактирующий с цапфой 2, имеет кольцевой выступ 11, который взаимодействует о ответным пазом 12 в цапфе 2.
Вкладыш 9 в осевом направлении баллона 1 связан с баллоном 1 при помощи шайбы 13 и болта 14.
Кронштейн 5, соединенный с вкладышем 8, имеющим выступ 11, связан с конструкцией возвращаемого космического аппарата 6 при помощи шарнира 15, а кронштейн 4 связан с конструкцией аппарата жестко.
Предложенное устройство работает следующим образом. При возникновении ударных нагрузок, например при ударе возвращаемого космического аппарата о грунт, нагрузка N (см. фиг.5), действующая перпендикулярно оси баллона 1, воспринимается одновременно двумя кронштейнами 4 и 5, а нагрузка Q, действующая вдоль оси баллона, воспринимается кронштейном 4, жестко закрепленным на корпусе 6.
При деформации корпуса 6 в момент посадки относительные перемещения кронштейнов 4 и 5, как угловые 
, так и линейные компенсируются поворотом кронштейна 5 в шарнире 15 и поворотом самого баллона 1 с вкладышами 8 и 9 в сферических поверхностях 10 обоих кронштейнов.
Таким образом, применение предложенного устройства позволило снизить нагрузки, приходящие на баллон, при значительных деформациях корпуса возвращаемого космического аппарата, особенно при посадке на грунт, т.к. при относительных перемещениях кронштейнов, как угловых , так и линейных , происходит компенсация поворотом одного из кронштейнов в шарнире, а также поворотом баллона с вкладышами в сферических поверхностях обоих кронштейнов.
Предложенное устройство, в силу вышеизложенного, позволило повысить надежность функционирования баллона высокого давления на всех этапах его эксплуатации, снизить вес баллона и вес устройства крепления баллона в целом, а также значительно упростить технологию сборки, исключив сверление отверстий при сборочных работах.
Формула изобретения
Устройство для крепления баллона высокого давления в возвращаемом космическом аппарате, содержащее кронштейны для крепления баллона с цапфами к корпусу аппарата, один из которых жестко закреплен на корпусе аппарата, отличающееся тем, что, с целью снижения веса устройства, а также повышения надежности функционирования баллона путем исключения деформаций корпуса баллона при воздействии на него перегрузок, оно снабжено сферическими вкладышами, установленными неподвижно в осевом направлении на цапфах баллона и контактирующими с ответными сферическими поверхностями, выполненными в кронштейнах, при этом один из вкладышей выполнен с внутренним кольцевым выступом, взаимодействующим с кольцевым пазом цапфы баллона, а кронштейн, контактирующий с этим вкладышем, шарнирно связан с корпусом возвращаемого аппарата.
РИСУНКИ
