Система отделения полезной нагрузки

Изобретение относится к устройствам для отделения объектов от несущих конструкций и может быть использовано в ракетно-космической технике. Предлагаемая система содержит разъединяемое удерживающее устройство, установленное между несущей конструкцией и полезной нагрузкой и включающее дискретно расположенные на несущей конструкции механические замки, устройство фиксации замков и толкатели отделения полезной нагрузки от несущей конструкции. Устройство фиксации замков содержит многолучевую звездочку, закрепленную с возможностью поворота на несущей конструкции и удерживаемую от поворота пиросредством. Каждый луч упомянутой звездочки связан с соответствующим замком натянутым тросом. Согласно изобретению, механические замки установлены в плоскости стыка полезной нагрузки и несущей конструкции. Плоскость установки многолучевой звездочки расположена ниже плоскости установки замков. Между каждым замком и соответствующим лучом многолучевой звездочки установлен двуплечий рычаг, закрепленный на несущей конструкции с возможностью поворота и фиксации своего углового положения. На концах рычага шарнирно закреплены ролики, взаимодействующие с натянутым тросом, связывающим каждый замок с соответствующим лучом многолучевой звездочки. Изобретение позволяет увеличить зону размещения полезной нагрузки, обеспечить возможность крепления полезной нагрузки с выступающими за плоскость установки замков элементами конструкции и расширить возможность регулировки натяжения тросовой системы. 4 ил.

 

Изобретение относится к системам сброса или отделения объектов, преимущественно космических аппаратов (КА) и других полезных нагрузок (ПН) от несущих конструкций (адаптеров или приборных отсеков) ракет-носителей (РН) при их выводе на расчетную орбиту и может быть использовано в области ракетно-космической техники.

Известна система отделения ПН (см. патент RU №2155146 от 27.08.2000 г., регистрационный номер заявки 97103514/28 от 05.06.1996 г., номер конвенционной заявки 9506642 от 06.06.1995 г., страна приоритета Франция - FR), состоящая из дистанционного разъединяемого удерживающего устройства, установленного непосредственно между несущей конструкцией (например, адаптером или приборным отсеком) и ПН, и средств сброса ПН, например, состоящих из пружинных толкателей, действующих непосредственно на ПН. Причем разъединяемое удерживающее устройство представляет собой пиротехническую разъединительную полосу, удерживающую ПН вдоль фактически плоской и круглой поверхности соединения.

Недостатком данного устройства является ограниченная зона размещения ПН только сверху от стыка пиротехнической разъединительной полосы, т.к. при разрыве соединительной связи с помощью пиросредств типа пирополос или пирошнуров возможен разлет осколков и фрагментов конструкции корпуса, в котором находится пиросредство, из-за которого возможно повреждение близлежащих элементов конструкции или аппаратуры ПН.

В результате анализа патентной и научно-технической литературы в качестве прототипа заявленного устройства выбрана система отделения ПН по заявке № 2003116373 от 02.06.2003 г. «Система отделения полезной нагрузки», содержащая разъединяемое удерживающее устройство, установленное между несущей конструкцией и полезной нагрузкой и включающее в себя дискретно расположенные на несущей конструкции механические замки, устройство фиксации замков, содержащее многолучевую фиксирующую звездочку, закрепленную с возможностью поворота на несущей конструкции в центре окружности установки замков и удерживаемую от поворота пиросредством. Каждый луч звездочки связан с соответствующим замком радиально натянутым тросом, конец которого соединен с лучом звездочки эксцентрично оси ее вращения. При этом система содержит толкатели отделения ПН от несущей конструкции.

Недостатком известной системы отделения является расположение устройства фиксации замков, выполненного в виде многолучевой звездочки, в одной плоскости с замками, поэтому данная система отделения не может быть использована для крепления и отделения ПН, у которых снаружи на нижней части корпуса размещены выступающие части, например антенна, датчик (или другая аппаратура), что является существенным ограничением для использования данной CO.

Задачами (целями) предлагаемого устройства системы отделения ПН являются:

- увеличение зоны размещения ПН, расширение области применения конструкции СО для крепления ПН с выступающими элементами в нижней части корпуса;

- расширение возможности регулировки натяжения тросовой системы, удерживающей замки в зафиксированном положении.

Для достижения поставленных задач (целей) в известной системе отделения (СО) замки установлены в плоскости стыка ПН и несущей конструкции, а плоскость установки многолучевой звездочки расположена ниже плоскости установки замков за счет установки на несущей конструкции двуплечих рычагов. Данные рычаги установлены между каждым замком и соответствующим лучом фиксирующей звездочки и закреплены на несущей конструкции с помощью опорного кронштейна. На обоих концах каждого рычага шарнирно закреплены ролики, взаимодействующие с натянутым тросом, связывающим каждый замок с соответствующим лучом фиксирующей звездочки. Каждый рычаг закреплен на опорном кронштейне на оси с возможностью вращения на ней и последующей фиксации в необходимом угловом положении. При этом каждый трос, связывающий замок и соответствующий луч фиксирующей звездочки, последовательно контактирует с канавками верхнего и нижнего роликов (пары роликов). Такое взаимное расположение элементов СО позволяет увеличить зону (пространство) для размещения в этой зоне выступающих (вниз за плоскость установки замков) элементов в нижней части корпуса ПН. Дополнительная зона размещения ПН определяется габаритными размерами ее выступающих элементов, а необходимое расстояние между плоскостями установки замков и многолучевой звездочки определяется выбором соответствующих длин плеч рычагов.

Кроме того, установка двуплечих рычагов на осях (т.е. с возможностью поворота относительно опорных кронштейнов) позволяет регулировать натяжение тросов путем изменения и фиксации углового положения рычагов на осях вращения. При этом расширяется возможность регулировки натяжения тросов в более широком диапазоне усилий, т.к. увеличивается длина тросов за счет их прокладки по роликам двуплечих рычагов.

Некоторое увеличение длины связывающих замки и фиксирующую звездочку тросов (за счет увеличения пути их прокладки по роликам) не является недостатком, т.к. при расфиксации замков тросы удерживаются на корпусах замков и находятся при этом внутри несущей конструкции (снизу кронштейна крепления фиксирующей звездочки, см. фиг.4), поэтому их «захлест» за выступающие части отделяемой ПН исключен.

Таким образом, предложенное устройство системы отделения позволяет расширить возможность применения СО для крепления ПН с выступающими элементами конструкции вниз за плоскость установки замков, а также обеспечивает регулирование усилий натяжения тросов, связывающих замки и устройство их фиксации, в более широком диапазоне.

На фиг.1 изображены элементы системы отделения в положении удержания ПН (исходное положение).

На фиг.2 изображены элементы системы отделения снизу (вид А на фиг.1).

На фиг.3 изображен рычаг с роликами, закрепленный на несущей конструкции с помощью опорного кронштейна (сечение Б-Б на фиг.2).

На фиг.4 изображена нижняя часть СО (вид В на фиг.2).

Конструкция системы отделения ПН от РН состоит из следующих устройств:

- устройство удержания ПН на несущей конструкции РН с помощью замков, установленных в стыке между ПН и несущей конструкцией;

- устройство фиксации замков в положении удержания (крепления) ПН на несущей конструкции с помощью многолучевой звездочки, лучи которой связаны натянутыми тросами с замками;

- устройство, позволяющее увеличить зону размещения ПН за счет расположения плоскости установки многолучевой фиксирующей звездочки ниже плоскости установки замков. Данное устройство выполнено в виде двуплечих рычагов, установленных на несущей конструкции между замками и фиксирующей звездочкой, на концах которых шарнирно закреплены ролики (пара роликов на каждом рычаге), взаимодействующие с натянутым тросом;

- устройство сброса ПН - толкатели, создающие усилия толкания, непосредственно действующие на ПН при освобождении механической связи в замках.

Устройство удержания ПН 1 состоит из механических замков 2, дискретно установленных на несущей конструкции 3 в плоскости стыка ПН 1 и несущей конструкции 3. Каждый замок 2 в положении удержания ПН 1 на несущей конструкции 3 связан с соответствующим лучом 4 фиксирующей звездочки 5 натянутым тросом 6. Многолучевая фиксирующая звездочка 5 закреплена на несущей конструкции 3 с возможностью поворота (за счет эксцентричного крепления тросов 6 по отношению к оси вращения звездочки 5) и удерживается от поворота пирочекой 7 (см. фиг.2). Звездочка 5 закреплена на несущей конструкции 3 через кронштейн 8 (крестообразной формы в плане, см. фиг.2) ниже плоскости установки замков 2. Кронштейн 8 жестко закреплен (например, с помощью болтов) к нижней части несущей конструкции 3. Между каждым замком 2 и звездочкой 5 установлен двуплечий рычаг 9, закрепленный на несущей конструкции 3 посредством опорного кронштейна 10 (который также закреплен к нижней части несущей конструкции 3 с помощью болтов) с возможностью поворота на своей оси 11. На концах каждого рычага 9 шарнирно закреплена пара роликов 12 (по одному ролику на плече рычага), в канавках (условно не показаны) которых уложен (натянут) трос 6 (от замка 2 последовательно через верхний и нижний ролики 12 и далее к лучу 4 звездочки 5). Выбор длины плеч рычагов 9 позволяет разместить фиксирующую звездочку 5 на необходимом расстоянии ниже плоскости установки замков 2. За счет этого внутри несущей конструкции 3 появляется зона (пространство) 13, которое возможно использовать для размещения в ней выступающей части 14 ПН 1.

Регулировкой углового положения рычага 9 на опорном кронштейне 10 за счет поворота на оси 11 можно изменять усилие натяжения каждого троса 6, взаимодействующего с роликами 12 и связывающего замок 2 с фиксирующей звездочкой 5. Необходимое угловое положение рычага 9 на опорном кронштейне 10 (после регулировки усилия натяжения троса 6) фиксируется с помощью регулируемого резьбового упора 15, как показано на фиг.3. (На фиг. 3 показано вертикальное расположение рычага 9).

Устройство сброса или отделения ПН содержит толкатели 16, например, пружинного типа, которые установлены снаружи на несущей конструкции 3 и контактируют с нижней частью ПН 1 (упираются в нижнюю часть ПН 1, как показано на фиг.1). При этом выступающая часть 14 ПН 1 размещена в зоне (в «нише») 13 внутри несущей конструкции 3.

Для дополнительного увеличения зоны размещения выступающей части 14 ПН 1, а также для исключения возможного «захлеста» тросов 6 на элементы ПН 1 при расфиксации замков 2 фиксирующая звездочка 5 закреплена с нижней стороны кронштейна 8, как показано на фиг.4.

В исходном состоянии системы отделения (в положении удержания ПН) ее элементы находятся в следующем положении:

- замки 2 находятся в зафиксированном (зачекованном) положении;

- тросы 6 натянуты и закреплены с одной стороны на замках 2, с другой стороны - на лучах 4 фиксирующей звездочки 5 эксцентрично оси ее вращения, при этом тросы 6 уложены в канавки роликов 12, последовательно взаимодействуя (контактируя) с верхним и нижним роликами 12, шарнирно закрепленными на рычаге 9, установленном на несущей конструкции 3 с помощью опорного кронштейна 10;

- рычаг 9 зафиксирован в определенном угловом положении (для необходимого натяжения тросов 6) на опорном кронштейне 10 посредством резьбового упора 15;

- толкатели 14 находятся во взведенном состоянии, т.е. в случае пружинных толкателей их пружины сжаты на величину, необходимую для создания определенных усилий толкания на ПН 1 для ее отделении от несущей конструкции 3 с заданной скоростью.

Устройство системы отделения ПН работает следующим образом.

При срабатывании пирочеки 7 освобождается многолучевая фиксирующая звездочка 5, которая поворачивается и в свою очередь освобождает концы тросов 6, выходящие из зацепления с лучами 4 фиксирующей звездочки 5. Тросы 6, проложенные по роликам 12, скользят по их канавкам, при этом натяжение тросов 6 исчезает.

При снятии усилий натяжения тросов 6 расфиксируются замки 2, удерживающие ПН 1, которая оказывается не связанной с несущей конструкцией 3. Под действием усилий толкателей 16, действующих на ПН 1, она отделяется от несущей конструкции 3 PH. При этом выступающая часть 14 ПН 1 выходит из зоны («ниши») 13 несущей конструкции 3.

Стендовые испытания предложенной конструкции СО в составе отработочных изделий показали значительную эффективность предложенного технического решения для крепления и отделения ПН, в нижней части которой имеются выступающие элементы конструкции.

Заявленное устройство СО по сравнению с прототипом обладает существенными отличиями и позволяет увеличить зону размещения ПН, расширяет область применения СО для закрепления на ней ПН с выступающими элементами.

Система отделения полезной нагрузки, содержащая разъединяемое удерживающее устройство, установленное между несущей конструкцией и полезной нагрузкой и включающее в себя дискретно расположенные на несущей конструкции механические замки, устройство фиксации замков, содержащее многолучевую звездочку, закрепленную с возможностью поворота на несущей конструкции и удерживаемую от поворота пиросредством, каждый луч которой связан с соответствующим замком натянутым тросом, при этом система содержит толкатели отделения полезной нагрузки от несущей конструкции, отличающаяся тем, что упомянутые замки установлены в плоскости стыка полезной нагрузки и несущей конструкции, плоскость установки многолучевой звездочки расположена ниже плоскости установки замков, между каждым замком и соответствующим лучом многолучевой звездочки установлен двуплечий рычаг, закрепленный на несущей конструкции с возможностью поворота и фиксации своего углового положения, на концах которого шарнирно закреплены ролики, взаимодействующие с натянутым тросом, связывающим каждый замок с соответствующим лучом многолучевой звездочки.