Толкатель для отделения створок сбрасываемого головного обтекателя от ракетной ступени

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к устройствам, обеспечивающим отделение створок сбрасываемого головного обтекателя от ракетной ступени. Согласно изобретению толкатель содержит цилиндрический корпус, упор, соединенный с одним из его торцов, и хвостовик. Внутри упомянутого корпуса размещены два поршня со штоками. Шток второго поршня выполнен с внутренней полостью. Шток первого поршня соединен со вторым поршнем и имеет утонченную тарированную шейку и канал, сообщающийся с внутренней полостью штока второго поршня и достигающий упомянутой шейки. При этом поршни установлены так, что между ближайшим к упору торцом корпуса и первым поршнем имеется свободное пространство для перемещения этого поршня. Шток второго поршня в противоположной месту соединения со вторым поршнем части снабжен клапаном для заполнения внутренней полости этого штока сжатым газом и соединен с хвостовиком. Толкатель также снабжен пиропатроном, расположенным в стенке корпуса с возможностью выхода газов при своем срабатывании в пространство между поршнями. Второй поршень может быть размещен в части корпуса, имеющей больший внутренний диаметр по сравнению с частью, в которой расположен первый поршень. Толкатель может быть снабжен перегородкой со сквозным отверстием, разделяющей внутреннее пространство корпуса между поршнями на две камеры и установленной так, что упомянутая шейка штока первого поршня и место установки пиропатрона находятся по разные стороны перегородки. При этом через упомянутое сквозное отверстие герметично проходит шток первого поршня. Изобретение позволяет упростить использование и обслуживание толкателя, обеспечить возможность регулирования создаваемого им усилия и приведения толкателя в действие независимо от расфиксации створок обтекателя. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к средствам, обеспечивающим отделение створок сбрасываемого головного обтекателя от ракетной ступени, и может быть использовано в качестве пневмотолкателя в других отраслях машиностроения.

Известно использование толкателя для отделения створок сбрасываемого головного обтекателя от ракетной ступени по патенту RU 2072097 (опубл. 20.01.97). Описанная в этом патенте конструкция предусматривает наличие толкателя, размещаемого в пространстве под обтекателем. Это ограничивает возможности использования указанного пространства для размещения полезной нагрузки.

К предлагаемому изобретению наиболее близок толкатель, описанный в патенте RU 2231486 (опубл. 27.06.2004). Толкатели согласно указанному патенту устанавливаются с внешней стороны створок обтекателя, благодаря чему исключается недостаток технического решения по патенту RU 2072097.

Толкатель по патенту RU 2231486 включает цилиндрический корпус, заканчивающийся с одной стороны упором, установленным на его торце, а с другой стороны имеющий фланец, присоединенный с возможностью фиксации в технологических целях с помощью штифта и возможностью свободного отделения в процессе работы. В корпусе размещена гильза, имеющая в средней части ее длины прилив. Внутри гильзы, проходя через ее часть, суженную приливом, установлен центральный стержень, жестко соединенный с фланцем. Внутри корпуса между его стенкой и гильзой установлена сжатая пружина, взаимодействующая с упором и фланцем. Во фланце установлен хвостовик с возможностью регулирования его осевого положения. Силовыми элементами этого толкателя, предназначенными для взаимодействия с одной из створок сбрасываемого головного обтекателя и ракетной ступенью, являются упор корпуса и хвостовик фланца.

Данный толкатель вплоть до окончания подготовки ракетной ступени и установки всех створок обтекателя в закрытое положение должен находиться в "технологическом" состоянии, в котором положение фланца относительно корпуса зафиксировано с помощью штифта. Только после полного завершения указанных операций толкатель приводится в работоспособное состояние путем удаления упомянутого штифта. При этом на створку обтекателя, с которой взаимодействует упор толкателя, и элемент конструкции ракетной ступени, с которым взаимодействует хвостовик толкателя, воздействует усилие сжатой пружины. Это воздействие продолжается вплоть до исполнения команды на отделение обтекателя, когда в результате разъединения створок обтекателя, до этого соединенных друг с другом, они приобретают возможность поворота под воздействием указанного усилия и последующего отделения от ракетной ступени.

Постоянное воздействие указанного усилия и приведение толкателя в действие путем расфиксирования створок обтекателя являются недостатками конструкции этого толкателя, негативно влияющими на надежность ракетной всей ступени и в целом на вероятность выполнения ею поставленной задачи. Другими недостатками являются наличие большого количества элементов, в том числе пружины, утяжеляющее конструкцию, и сложность эксплуатации, обусловленная описанным способом приведения толкателя в рабочее состояние. Кроме того, обеспечение равенства усилий, создаваемых пружинами разных толкателей, достигается механической регулировкой осевого положения хвостовиков в фланцах. Наконец, величина создаваемого толкателем рабочего усилия не поддается регулированию. Поэтому для установки на разных ракетных ступенях, различающихся величиной усилия, требуемого для управления отделением створок обтекателя, необходимы толкатели с разными пружинами и, возможно, вследствие этого - с разными конструктивными размерами.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в устранении названных недостатков, а именно упрощение процесса использования и обслуживания, обеспечение возможности регулирования усилия, создаваемого толкателем, уменьшение количества механических элементов, обеспечение "управляемости" толкателя, т.е. приведение в действие толкателя непосредственно, а не путем расфиксирования створок обтекателя. Последнее обстоятельство вместе с возможностью регулирования усилия создают предпосылки для существенного расширения сферы применения толкателя, в том числе не только в ракетно-космической технике.

Для достижения указанного технического результата предлагаемый толкатель для отделения створок сбрасываемого головного обтекателя от ракетной ступени, как и наиболее близкий к нему известный толкатель по патенту RU 2231486, содержит цилиндрический корпус и упор, соединенный с одним из его торцов, а также хвостовик. При этом упор и хвостовик являются силовыми элементами толкателя, предназначенными для взаимодействия с одной из створок сбрасываемого головного обтекателя и ракетной ступенью.

В отличие от указанного наиболее известного, в предлагаемом толкателе внутри цилиндрического корпуса размещены первый и второй поршни, каждый из которых имеет шток. Шток второго поршня выполнен с внутренней полостью. Шток первого поршня соединен со вторым поршнем и имеет утонченную тарированную шейку, а также канал, сообщающийся с внутренней полостью штока второго поршня и достигающий указанной утонченной тарированной шейки. Указанные первый и второй поршни установлены таким образом, что внутри цилиндрического корпуса между его торцом, ближайшим к упору, и первым поршнем имеется свободное пространство для перемещения этого поршня. Шток второго поршня в его части, противоположной месту соединения этого штока со вторым поршнем, снабжен клапаном для заполнения внутренней полости этого штока сжатым газом и соединен с хвостовиком. Кроме того, указанный толкатель снабжен пиропатроном, расположенным в стенке корпуса с возможностью выхода газов при срабатывании пиропатрона в пространство между первым и вторым поршнями.

Данная конструкция исключает необходимость каких-либо механических регулировок при установке и использовании предлагаемого толкателя. Создаваемое им усилие определяется величиной давления газа в полости штока второго поршня и регулируется путем изменения этого давления при заправке толкателя газом. Наличие пиропатрона обеспечивает возможность автономного (независимого от внешних элементов, приводимых им в движение) управления толкателем.

В одном из частных случаев выполнения толкателя второй поршень расположен в части цилиндрического корпуса, имеющей больший внутренний диаметр по сравнению с частью, в которой расположен первый поршень. Такое различие диаметров обеспечивает наличие уступа, в который может упираться второй поршень. Это позволяет использовать толкатель в условиях, при которых на него в исходном положении воздействует внешнее сжимающее усилие между упором и хвостовиком.

Кроме того, предлагаемый толкатель может быть снабжен перегородкой, разделяющей внутреннее пространство цилиндрического корпуса между первым и вторым поршнями на первую и вторую камеры и установленной так, что утонченная тарированная шейка штока первого поршня и место установки пиропатрона находятся по разные стороны от этой перегородки. В указанной перегородке имеется сквозное отверстие, через которое герметично проходит шток первого поршня, такое выполнение позволяет повысить точность установки усилия, создаваемого толкателем, уменьшить его зависимость от степени герметичности установки пиропатрона и первого поршня в цилиндрическом корпусе и снижает требования к прочности этих элементов.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами фиг.1 - фиг.6, на которых показаны:

- на фиг.1, 2, 5 - предлагаемый толкатель в разрезе в разных частных случаях его выполнения;

- на фиг.3 и 4 - возможные особенности выполнения части толкателя, примыкающей к хвостовику;

- на фиг.6 - процесс раскрытия и отделения створок головного обтекателя ракетной ступени с использованием толкателей предлагаемой конструкции.

Предлагаемый толкатель (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1 с упором (заушиной) 16, установленным на внешней стороне одного из торцов 21 (верхнего по фиг.1) цилиндрического корпуса 1. Упор (заушина) 16 имеет отверстие 17. Внутри цилиндрического корпуса 1 размещены первый поршень 2 и второй поршень 7. Первый поршень 2 имеет шток 3. Второй поршень 7 имеет шток 10, который выполнен полым. Шток 3 первого поршня 2 соединен со вторым поршнем 7 и имеет утонченную тарированную шейку 8. Кроме того, в этом штоке выполнен осевой канал 9, сообщающийся с внутренней полостью 11 штока 10 второго поршня 7 и достигающий указанной утонченной тарированной шейки 8.

Первый 2 и второй 7 поршни соединенные друг с другом посредством штока 3 первого поршня, установлены так, что внутри цилиндрического корпуса 1 между первым поршнем 2 и внутренней стороной торца 21 цилиндрического корпуса 1, соединенного с упором 16, имеется свободное пространство 22. Этим обеспечивается возможность перемещения первого поршня 2 в направлении торца 21 корпуса 1, на котором установлен упор 16 (по чертежу - вверх).

В стенке корпуса 1 между первым 2 и вторым 7 поршнями расположен пиропатрон 12 с электровоспламенителем (последний на чертеже не показан). При такой установке пиропатрона 12 газы при его срабатывании имеют возможность выхода в пространство 23 между первым поршнем 2 и вторым поршнем 7.

Полый шток 10 второго поршня 7 в его части, противоположной месту соединения этого штока со вторым поршнем 7, снабжен хвостовиком 18, заканчивающимся сферической опорой 19.

В стенке штока 10 в той же его части установлен клапан 14 со штуцером 13. Клапан 14 предназначен для заполнения внутренней полости 11 этого штока сжатым газом.

Силовыми элементами толкателя, предназначенными для взаимодействия с одной из створок сбрасываемого головного обтекателя и ракетной ступенью или с другими внешними средствами, являются упор (заушина) 16 с отверстием 17 и хвостовик 18 со сферической опорой 19.

Предлагаемый толкатель работает и используется следующим образом.

Исходное взаимное расположение элементов толкателя соответствует показанному на фиг.1.

Предварительно внутреннюю полость 11 штока 10 через клапан 14 заправляют сжатым газом, например азотом, под давлением, величина которого рассчитывается в зависимости от усилия, которое должен развить толкатель (зависящего, в свою очередь, от массы и момента инерции створок головного обтекателя).

После подачи команды на разделение створок головного обтекателя в каждом толкателе происходит подрыв электровоспламенительного устройства и срабатывание пиропатрона 12. Газ, образующийся при срабатывании пиропатрона 12, попадает в пространство 23 между первым 2 и вторым 7 поршнями, увеличивая давление в этом пространстве. Первый поршень 2 начинает перемещаться относительно второго поршня 7, что приводит к растяжению штока 3 и затем к его разрыву в месте утонченной тарированной шейки 8. В результате разрыва штока 3 сжатый газ из внутренней полости 11 полого штока 10 через осевой канал 9 перетекает в пространство 23 между двумя поршнями и давит на оба поршня. Для первого поршня 2 после разрыва утонченной тарированной шейки 8 штока 3 может сохраниться лишь возможность незначительного перемещения (до достижения верхнего по фиг.1 торца 21 цилиндрического корпуса 1). Второй поршень 7 вместе с полым штоком 10 имеют возможность перемещения (вниз по фиг.1) на требуемую величину, определяемую конструктивными размерами цилиндрического корпуса 1 и штока 10.

Цилиндрический корпус 1 в части, примыкающей к упору 16, может иметь отверстие 35. При наличии этого отверстия воздух или другой газ, который может находиться в свободном пространстве 22, не подвергается сжатию первым поршнем 2. Благодаря этому приведение толкателя в действие может быть обеспечено при меньшем давлении газов, образующихся при срабатывании пиропатрона 12.

Створки 25 обтекателя первоначально занимают положение А и сомкнуты по линии 28 (фиг.6). Шток второго поршня 7 выдвинут из цилиндрического корпуса 1 на минимальную длину и занимает положение 10А. Через хвостовик 18 и соединенную с ним сферическую опору он упирается в опору 24 переходного отсека ракетной ступени, а цилиндрический корпус 1 толкателя через упор (заушину) 16 связан с кронштейном 27 с одной из створок 25 обтекателя.

С момента разрыва утонченной шейки 8 штока 3 (фиг.1) створки 25 начинают поворачиваться вокруг оси вращения 26 (фиг.6) и начинается их разделение. На фиг.6 показано одно из промежуточных положений В створок 25. При этом положении створок полый шток второго поршня занимает показанное на фиг.6 положение 10В, в котором он выдвинут из цилиндрического корпуса 1 на большую величину, чем вначале. Разделение створок обтекателя заканчивается после поворота их на больший угол, чем угол, соответствующий состоянию В на фиг.6, и достижения ими некоторого положения, при котором они отделяются от конструкции ракетной ступени.

На фиг.2 показано выполнение толкателя в частном случае, когда второй поршень 7 расположен в части цилиндрического корпуса 1, имеющей больший внутренний диаметр по сравнению с частью, в которой расположен первый поршень 2. Благодаря этому толкатель можно использовать в условиях, когда в исходном положении на него воздействует внешнее продольное усилие между упором и хвостовиком. Несмотря на наличие такого усилия второй поршень не может продвинуться дальше уступа 20, обусловленного указанным различием диаметров. Одновременно осуществляется установка поршней в исходное положение, при котором обеспечивается наличие свободного пространства 22 (см. фиг.1, фиг.2) внутри цилиндрического корпуса 1 между первым поршнем 2 и внутренней стороной торца 21. Разумеется, это пространство в продольном направлении должно быть достаточно для такого растяжения утонченной тарированной шейки 8 штока 3 второго поршня, при котором происходит ее разрыв. Работа и использование толкателя, изображенного на фиг.2, при приведении в действие створок обтекателя не отличаются от описанных выше.

Если же в исходном положении упомянутое внешнее продольное усилие отсутствует, то корпус 1 может быть выполнен в соответствии с фиг.1. В этом случае для приведения толкателя в исходное положение достаточно вдвинуть шток 10 до упора первого поршня в торец 21, после чего слегка выдвинуть назад (на расстояние, достаточное для упомянутого растяжения). Возможно также выполнение толкателя, не требующее таких действий при установке его в исходное положение. При этом выполнении шток 10 второго поршня снабжен ограничителем 33, установленным в части этого штока, примыкающей к хвостовику 18 (фиг.3).

Возможно также фиксирование поршней в требуемом исходном положении с помощью срезного шплинта 34, устанавливаемого в части цилиндрического корпуса, примыкающей к хвостовику 18, и стенке штока 10 второго поршня 7 (фиг.4). Этот шплинт срезается, когда шток 10 начинает движение вместе со вторым поршнем 7 под действием давления газа, выходящего из внутренней полости 11 штока 10.

Частный случай выполнения толкателя, показанный на фиг.5, отличается от предыдущих наличием перегородки 5, разделяющей внутреннее пространство цилиндрического корпуса между первым 2 и вторым 7 поршнями на первую 4 и вторую 6 камеры и установленной так, что утонченная тарированная шейка 8 штока первого поршня и место установки пиропатрона 12 находятся по разные стороны от этой перегородки. В перегородке 5 имеется сквозное отверстие 15, через которое герметично проходит шток 3 первого поршня 2.

Функционирование и использование толкателя в этом частном случае также аналогичны описанным выше, с той лишь разницей, что вследствие наличия перегородки действие газов, образующихся при срабатывании пиропатрона 12, ограничено пространством первой камеры 4, а действие сжатого газа, выходящего через канал 9 из внутренней полости 11 штока 10 второго поршня после обрыва утонченной тарированной шейки 8, - пространством первой камеры 6. В сочетании с тем, что второй поршень 7 в исходном положении упирается в уступ 20, это обеспечивает точность установки начального объема (пространства между перегородкой 5 и вторым поршнем 7), в который происходит расширение сжатого газа, содержащегося во внутренней полости 11 штока второго поршня. Это позволяет создать усилие с более высокой точностью. Кроме того, повышается надежность работы толкателя благодаря исключению воздействия газа высокого давления, содержащегося во внутренней полости 11 штока 10 второго поршня, на сработавший пиропатрон 12 и первый поршень и уменьшается зависимость создаваемого усилия от степени герметичности установки пиропатрона и первого поршня в цилиндрическом корпусе.

Толкатель может быть выполнен с перегородкой, установленной аналогично перегородке 5 на фиг.5, также в частных случаях выполнения, иллюстрируемых фиг.1-4.

При установке толкателей на ракетной ступени во всех описанных случаях их выполнения не требуется предварительной фиксации створок обтекателя и каких-либо действий для перевода толкателей из "технологического" состояния в рабочее, так как эти состояния не различаются.

Управление каждым толкателем осуществляется путем подрыва соответствующего пиропатрона 12, и приведение толкателей в действие не связано с расфиксацией створок обтекателя.

Создаваемое каждым толкателем усилие возникает только после подрыва пиропатрона 12 по команде на отделение обтекателя. До этого момента толкатель не оказывает силового воздействия на связанные с ним элементы конструкции ракетной ступени.

Величина создаваемого толкателем усилия во всех случаях его выполнения определяется, в основном, величиной давления сжатого газа во внутренней полости 11 штока 10 и площадью второго поршня 7. Это усилие можно изменять в больших пределах и устанавливать с большой точностью, ограничиваемой на практике только точностью измерения давления газа при заправке им внутренней полости 11 (поскольку точность выдерживания диаметра поршня 7 при его изготовлении может быть еще более высокой). В результате точность, с которой может быть установлено усилие, в предлагаемом толкателе существенно выше, чем в наиболее близком техническом решении, где усилие определяется силой сжатия пружины. Поэтому отпадает необходимость в выравнивании усилий нескольких толкателей, установленных для отделения створок одного и того же обтекателя, и в наличии соответствующих конструктивных особенностей, названных выше при описании наиболее близкого известного толкателя.

Возможность изменения создаваемого толкателем усилия в больших пределах и с высокой точностью создает условия для использования толкателей с одними и теми же типоразмерами в ракетных ступенях с разными по массе и моменту инерции створками обтекателя, а также для приведения в действие разнообразных средств иного назначения.

1. Толкатель для отделения створок сбрасываемого головного обтекателя от ракетной ступени, содержащий цилиндрический корпус и упор, соединенный с одним из его торцов, а также хвостовик, причем упор и хвостовик являются силовыми элементами толкателя, предназначенными для взаимодействия с одной из створок сбрасываемого головного обтекателя и ракетной ступенью, отличающийся тем, что внутри цилиндрического корпуса размещены первый и второй поршни, каждый из которых имеет шток, шток второго поршня выполнен с внутренней полостью, шток первого поршня соединен со вторым поршнем и имеет утонченную тарированную шейку, а также канал, сообщающийся с внутренней полостью штока второго поршня и достигающий указанной утонченной тарированной шейки, при этом первый и второй поршни установлены таким образом, что внутри цилиндрического корпуса между его торцом, ближайшим к упору, и первым поршнем имеется свободное пространство для перемещения этого поршня, шток второго поршня в его части, противоположной месту соединения этого штока со вторым поршнем, снабжен клапаном для заполнения внутренней полости этого штока сжатым газом и соединен с хвостовиком, кроме того, указанный толкатель снабжен пиропатроном, расположенным в стенке цилиндрического корпуса с возможностью выхода газов при срабатывании пиропатрона в пространство между первым и вторым поршнями.

2. Толкатель по п.1, отличающийся тем, что второй поршень размещен в части цилиндрического корпуса, имеющей больший внутренний диаметр по сравнению с частью, в которой расположен первый поршень.

3. Толкатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что он снабжен перегородкой, разделяющей внутреннее пространство цилиндрического корпуса между первым и вторым поршнями на первую и вторую камеры и установленной так, что утонченная тарированная шейка штока первого поршня и место установки пиропатрона находятся по разные стороны от этой перегородки, при этом в указанной перегородке имеется сквозное отверстие, через которое герметично проходит шток первого поршня.