Устройство для отведения ядерной энергетической установки от приборно-агрегатного отсека космического аппарата



Устройство для отведения ядерной энергетической установки от приборно-агрегатного отсека космического аппарата
Устройство для отведения ядерной энергетической установки от приборно-агрегатного отсека космического аппарата
Устройство для отведения ядерной энергетической установки от приборно-агрегатного отсека космического аппарата
Устройство для отведения ядерной энергетической установки от приборно-агрегатного отсека космического аппарата
Устройство для отведения ядерной энергетической установки от приборно-агрегатного отсека космического аппарата
Устройство для отведения ядерной энергетической установки от приборно-агрегатного отсека космического аппарата
Устройство для отведения ядерной энергетической установки от приборно-агрегатного отсека космического аппарата

 


Владельцы патента RU 2535356:

Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" (RU)

Изобретение относится к космическим аппаратам (КА), может быть использовано для обеспечения отведения на заданное расстояние ядерной энергетической установки (ЯЭУ) от приборно-агрегатного отсека КА. Устройство для отведения ЯЭУ представляет собой трансформируемую пространственную ферменную конструкцию, базовым элементом которой является секция в форме параллелепипеда с квадратными основаниями, общими для двух смежных секций, со складывающимися боковыми гранями на двух противоположных сторонах секции и со складывающимися диагоналями по одной на двух других противоположных сторонах. Основания, боковые грани и диагонали выполнены из полых стержневых элементов и соединены между собой шарнирными узлами. Диагонали смежных секций установлены разнонаправленно, а продольные и поперечные стержневые элементы боковых граней и оснований скреплены между собой фитингами, образуя с двух противоположных складывающихся боковых граней секции по две скрепленные между собой жесткие рамы. В шарнирных узлах установлены фиксаторы конструкции в развернутом состоянии. Пружины кручения в шарнирных узлах установлены на осях вращения и закреплены в проушинах фитингов, а фиксаторы конструкции в развернутом состоянии выполнены в виде защелки. Техническим результатом изобретения является автоматическое отведение на заданное расстояние ЯЭУ от агрегатного отсека КА с созданием после отведения жесткой конструкции системы. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к космической технике, может быть использовано в космических аппаратах (КА) для обеспечения отведения на заданное расстояние ядерной энергетической установки (ЯЭУ) от приборно-агрегатного отсека КА, в том числе от агрегатного отсека электроракетной двигательной установки (ЭРДУ), в целях снижения влияния негативных факторов ЯЭУ на ЭРДУ и иное функциональное оборудование КА.

В космических ЯЭУ с реактором деления одним из основных требований к структуре и компоновочной схеме космического транспортного средства является требование обеспечения радиационной защиты не только транспортируемого полезного груза (ПГ), но и оборудования ЯЭУ, ЭРДУ, приборного отсека с радиационно-чувствительной аппаратурой управления, при условии обеспечения минимальной массы транспортного аппарата. Одновременное выполнение этих требований достигается за счет лучевой компоновки транспортного аппарата с теневой радиационной защитой от излучений реактора и отведения ЭРДУ с приборным отсеком и ПГ от реактора. Однако при выведении с Земли транспортный аппарат с ПГ должен быть размещен под обтекателем ракеты-носителя (РН), внутренний объем которого ограничен, поэтому компоновка КА под обтекателем РН на этапе выведения на орбиту должна быть максимально компактной. Построение рабочей компоновки производится после выведения в космос. Отведение ЭРДУ и ПГ в заданное положение осуществляется при помощи специальной системы отведения до включения реактора на стартовой или рабочей орбите, которая по современным международным требованиям должна быть радиационно-безопасной орбитой (РБО) высотой не менее 800 км.

Известна система отведения термоэмиссионных ЯЭУ РП-25 и РП-50 электрической мощностью до 100 кВт (Васильковский B.C., Андреев П.В., Зарицкий Г.А. Проблемы космической энергетики и роль ядерных энергетических установок в их решении. // Ядерная энергетика в космосе. Сб. докл. в 3-х томах, т.1, М.: Изд. НИКИЭТ, 2005, с.20-26), реализованная на основе трансформируемого холодильника-излучателя (ХИ), который складывается в несколько рядов снаружи реакторного блока. При этом под обтекателем РН остается достаточно большой продольный габарит для размещения ЭРДУ и КА. После выведения на РБО ХИ раскладывается в рабочее положение, одновременно обеспечивая отведение реактора от приборно-агрегатного отсека КА. Подобная схема позволяет избежать применения на КА дополнительных трансформируемых конструкций. Однако реализация подобной схемы значительно усложняется в случае применения ЯЭУ повышенной мощности (500-1000 кВт и более), а также в случае использования на тяжелых КА, выводимых на орбиту несколькими пусками РН с последующей сборкой на орбите. Потребуется также значительное увеличение длины ХИ и применение переходного конструктивного элемента между опорным фланцем ХИ и стыковочным агрегатом.

Известна разработка трансформируемой ферменной конструкции по патенту (US 6904722 В2, МПК: В66С 13/12 (2006.01), опубл. 14.06.2005 г.), где продольные элементы (лонжероны) выполнены в виде сжатой ленты из материала с памятью формы и при нагревании принимают форму уголка. Конструкция содержит закрепленные на лонжеронах поперечные стержневые элементы и набор строп, как зафиксированных, так и подвижных, у которых один конец закреплен на ползуне, перемещающемся вдоль поперечного элемента. Однако, поскольку основным конструкционным материалом описанной системы является углепластик, такая конструкция не может использоваться в условиях высокотемпературного нагрева внутри ХИ ЯЭУ. Кроме того, применение таких конструкций требует наличия специальных устройств их хранения и последующего развертывания на рабочей орбите, имеющих значительные габариты и объем, сопоставимые с габаритами зоны полезного груза под обтекателем РН.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является устройство для отведения ядерной энергетической установки от приборного отсека космического аппарата на требуемое расстояние (Косенко А.Б., Синявский В.В. «Система отведения ядерного энергоблока от агрегатов тяжелой космической платформы», журнал «Известия РАН. Энергетика», 2007, №3, с.115-121), представляющее собой пространственную трансформируемую форменную конструкцию. Базовым элементом конструкции является секция в форме параллелепипеда, имеющая квадратные основания, общие для смежных секций, складывающиеся боковые грани на двух противоположных сторонах секции и складывающиеся диагональные стержни по одному на двух других противоположных сторонах, причем основание и боковые грани выполнены из полых стержней и соединены между собой шарнирными узлами.

Однако в данном техническом решении не описан принцип развертывания конструкции, не решена задача обеспечения целостности конструкции при взаимном перемещении отсеков значительной массы, а также не предусмотрена фиксация конструкции в развернутом состоянии и обеспечение ее жесткости.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности отведения ЯЭУ от агрегатного отсека КА в автоматическом режиме с последующей фиксацией конструкции в развернутом положении.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в автоматическом отведении на заданное расстояние ЯЭУ от агрегатного отсека КА, с созданием после отведения жесткой конструкции системы отведения ЯЭУ от агрегатного отсека КА, в том числе ЭРДУ.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для отведения ЯЭУ от приборно-агрегатного отсека космического аппарата, представляющем собой трансформируемую пространственную ферменную конструкцию, базовым элементом которой является секция в форме параллелепипеда с квадратными основаниями, общими для двух смежных секций, со складывающимися боковыми гранями на двух противоположных сторонах секции и со складывающимися диагоналями по одной на двух других противоположных сторонах секции, причем основания, боковые грани и диагонали выполнены из полых стержневых элементов и соединены между собой шарнирными узлами, диагонали смежных секций установлены разнонаправленно, а продольные и поперечные стержневые элементы боковых граней и оснований скреплены между собой фитингами, образуя с двух противоположных складывающихся боковых граней секции по две скрепленные между собой жесткие рамы, содержащие по одному диагональному стержню каждая, а шарнирные узлы соединения соседних боковых рам и сложения диагоналей снабжены пружинами кручения, причем в шарнирных узлах установлены фиксаторы конструкции в развернутом состоянии.

Пружины кручения в шарнирных узлах установлены на осях вращения и закреплены в проушинах фитингов.

Фиксаторы выполнены в виде защелок, которые под действием плоской пружины входят в контакт с упорной осью и препятствуют взаимному вращению элементов секции в направлении обратного сложения развернутой конструкции.

На фиг.1 приведен общий вид космического транспортного аппарата в виде ядерной электроракетной двигательной установки (ЯЭРДУ) в составе ЯЭУ, приборного отсека и агрегатного отсека ЭРДУ, устройства отведения ЯЭУ от ЭРДУ. На фиг.2, 3 показан вид спереди и сбоку соответственно на одну секцию форменной конструкции устройства отведения ЯЭУ от приборного отсека КА и ЭРДУ. На фиг.4 показан шарнирный узел крепления диагонали секции. На фиг.5 изображен шарнирный узел соединения смежных рам. На фиг.6 - шарнирный узел соединения смежных рам в продольном сечении Д-Д. На фиг.7 показано трансформирование конструкции из сложенного состояния в развернутое.

ЯЭРДУ (фиг.1) состоит из ЯЭУ с последовательно расположенными термоэмиссионным реактором-преобразователем (ТРП) 1, блоком радиационной защиты 2, агрегатным отсеком 3 и холодильником-излучателем 4, приборного отсека 5, агрегатного отсека ЭРДУ 6 с вынесенными на штангах 7 блоками электроракетных двигателей 8 и устройства отведения ЯЭУ от ЭРДУ, состоящего из пространственной трансформируемой ферменной конструкции 9.

Трансформируемая ферменная конструкция 9 (фиг.1) устройства отведения ЯЭУ от приборно-агрегатного отсека ЭРДУ собрана из секций в форме параллелепипеда. Секция ферменной конструкции (фиг.2) состоит из общих для двух смежных секций оснований 10 и 11, боковых граней 12 и 13, расположенных на противоположных сторонах секции и состоящих каждая из двух соединенных между собой рам 14 и 15, 16 и 17 соответственно; и двух складывающихся диагоналей 18 и 19, расположенных на двух других противоположных боковых сторонах секции, причем диагонали двух смежных секций установлены разнонаправленно. Каждая из четырех рам 14, 15, 16, 17 состоит из продольных стержней 20 и 21, поперечных стержней 22 и 23 и диагонального стержня 24, скрепленных между собой фитингами типа «ухо» 25 и «вилка» 26, образуя жесткие конструкции (фиг.3). Квадратные основания 10 и 11 состоят из четырех поперечных стержней 27, соединенных фитингами 28.

Рамы 14 и 15, 16 и 17 имеют шарнирные узлы 29, 30, 31, 32 крепления между собой и шарнирные узлы 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40 с основаниями 10 и 11 (фиг.2).

В фитингах 28 предусмотрены проушины (фиг.4), позволяющие шарнирно соединять элементы секции.

Осью вращения боковых рам 14, 15, 16, 17 вокруг оснований 10, 11 является ступенчатый болт 41 (фиг.4), предотвращающий сжатие элементов шарнирного узла крепления при затяжке. Каждая из диагоналей 18 и 19 секции состоит из двух стержневых элементов разной длины, 42 и 43, имеющих законцовки типа «ухо» 44 и «вилка» 45, образующие шарнирный узел сложения диагонали. Для беспрепятственного процесса раскрытия конструкции плоскость сложения диагонали 18 вынесена из плоскости вращения проушины фитинга 28 на расстояние Δ. Для этого применяются специальные втулки 46, допускающие взаимное перемещение деталей в пределах предусмотренного зазора 0,3-0,5 мм.

Образующие шарнирное соединение фитинги 25 и 26 боковых рам 14 и 15, 16 и 17 и законцовки 44 и 45 диагоналей 18 и 19 выполнены в форме вилки и проушины (фиг.5). Шарнирные узлы в местах соединения рам, расположенных на одной стороне секции фермы, а также в месте сложения диагоналей секции обладают пружинами кручения 47, установленными на осях 48 и закрепленными в фитингах 25 и 26, законцовках 44 и 45, и под действием которых происходит раскрытие конструкции.

Каждый шарнирный узел соединения смежных рам и каждый шарнирный узел сложения диагоналей снабжен фиксатором элементов ферменной конструкции в развернутом состоянии. В качестве фиксатора используется (фиг.5, 6) защелка 49, имеющая поверхности 50 и 51, упирающаяся в упорную ось 52 под действием плоской пружины 53.

Устройство для отведения ЯЭУ от приборного отсека ЭРДУ на требуемое расстояние развертывается в рабочее состояние следующим образом.

КА в виде ЯЭРДУ в транспортном положении выводится на рабочую орбиту при помощи разгонного блока с химическими ракетными двигателями, где ЯЭРДУ придается требуемое пространственное положение, и осуществляется отделение РБ.

По команде с земли производится подрыв пироболтов и раскрытие стыка опорного шпангоута приборного отсека 5 и фланца на силовом каркасе ХИ ЯЭУ.

Под действием пружины кручения 47 находящиеся в сложенном состоянии попарно соединенные рамы 14 и 15, 16 и 17 совершают вращательное движение друг относительно друга вокруг оси 48 шарнира до тех пор, пока угол между ними не достигнет 180°. При этом шарниры, соединяющие смежные рамы друг с другом, совершают поступательное движение во встречном направлении внутрь секции, а основания 10 и 11 совершают поступательное движение вдоль продольной оси ферменной конструкции в противоположных направлениях. Также под действием пружин кручения 47, установленных в шарнирных узлах в местах сложения диагоналей 18 и 19, происходит вращательное движение друг относительно друга стержневых элементов 42 и 43, составляющих диагональ секции.

Ограничение вращательного движения боковых рам 14 и 15, 16 и 17 друг относительно друга при достижении положения, соответствующего углу 180°, обеспечивается установкой в шарнирах упорной оси 52, в которую упирается пятка фитинга 25 боковой рамы 15. Фиксация конструкции в развернутом состоянии обеспечивается следующим образом. В процессе раскрытия конструкции упорная ось 51, установленная в фитинге 25 боковой рамы 15, совершает вращательное движение вокруг оси 48 шарнира. При этом упорная ось 51 сначала входит в контакт с поверхностью 50 защелки 49, поджатой плоской пружиной 53. Далее в процессе раскрытия конструкции точка контакта смещается на поверхность 51 и перемещается по ней до контакта упорной оси 52 с поверхностью 54 пятки фитинга 25. При этом вращение упорной оси 52 вокруг оси 48 шарнира с одной стороны ограничивается пяткой фитинга 25, с другой - защелкой 49 под действием плоской пружины 53.

Таким образом, предложенное устройство позволяет отвести ЯЭУ от приборного отсека КА, в том числе и отсека ЭРДУ, на заданное расстояние, обеспечив жесткую фиксацию конструкции в рабочем положении, а также компактную укладку на этапе выведения на орбиту с использованием полезного пространства внутри конического или цилиндрического холодильника-излучателя ЯЭУ.

1. Устройство для отведения ЯЭУ от приборно-агрегатного отсека космического аппарата, представляющее собой трансформируемую пространственную ферменную конструкцию, базовым элементом которой является секция в форме параллелепипеда с квадратными основаниями, общими для двух смежных секций, со складывающимися боковыми гранями на двух противоположных сторонах секции и со складывающимися диагоналями по одной на двух других противоположных сторонах, причем основания, боковые грани и диагонали выполнены из полых стержневых элементов и соединены между собой шарнирными узлами, отличающееся тем, что диагонали смежных секций установлены разнонаправленно, а продольные и поперечные стержневые элементы боковых граней и оснований скреплены между собой фитингами, образуя с двух противоположных складывающихся боковых граней секции по две скрепленные между собой жесткие рамы, содержащие по одному диагональному стержню каждая, причем диагональные стержни соседних рам установлены разнонаправленно, а шарнирные узлы соединения соседних рам и сложения диагоналей снабжены пружинами кручения, причем в шарнирных узлах установлены фиксаторы конструкции в развернутом состоянии.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пружины кручения в шарнирных узлах установлены на осях вращения и закреплены в проушинах фитингов.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что фиксаторы конструкции в развернутом состоянии выполнены в виде защелки, которая под действием плоской пружины входит в контакт с упорной осью и препятствует взаимному вращению элементов секции в направлении обратного сложения развернутой конструкции.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам эксплуатация АЭС. В пиковые часы электрической нагрузки газотурбинная установка вырабатывает дополнительную электроэнергию, в котле-утилизаторе генерируется пар, перегреваемый в пароводородном перегревателе и направляемый в дополнительную паровую турбину, также вырабатывающую дополнительную электроэнергию.

Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к энергетическим ядерным реакторам, и может найти применение на атомных теплоэлектростанциях (АТЭС) и различного назначения энергетических установках.

Изобретение относится к источникам электроснабжения космического аппарата. Пары балок, стыкующихся крайними балками с космическим аппаратом, размещены по трем продольным плоскостям вокруг космического аппарата.

Изобретение относится к радиационной защите в составе ядерной энергетической установки для космического аппарата. Защита в местах прохода трубопроводов снабжена вставками из теплозащитного материала, например, на основе кварцевых волокон, закрепленными на внешней поверхности защиты и отделяющими трубопроводы от герметизирующей оболочки контейнера с гидридом лития.

Изобретение относится к ядерным энергетическим установкам (ЯЭУ), используемым в качестве источников электрической энергии космических аппаратов. .

Изобретение относится к области атомной энергетики и предназначено для использования на атомных электрических станциях (АЭС) с промежуточным перегревом пара. .

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к очистке теплоносителя тяжеловодных реакторов от трития. .

Изобретение относится к источникам электроснабжения космического аппарата. .

Изобретение относится к источникам энергоснабжения космических аппаратов. .

Изобретение относится к ядерной энергетике, а именно к системам обеспечения глубокой подкритичности ядерного реактора космической ядерной энергетической установки на этапе входа космического аппарата с орбиты в плотные слои атмосферы Земли.

Изобретение относится к ядерной технике и предназначено для использования в энергетических установках с реактором на быстрых нейтронах c теплоносителем в виде свинца или его сплава. Установка включает шахту реактора с верхним перекрытием, размещенный в шахте реактор с активной зоной, парогенераторы, циркуляционных насосы, циркуляционные трубопроводы, системы исполнительных механизмов и устройств для обеспечения пуска, эксплуатации и остановки реакторной установки. Парогенераторы выполнены в виде трубчатых теплообменников, в которых свинцовый теплоноситель течет внутри труб, а вода-пар - в межтрубном пространстве, парогенераторы размещены в отдельных боксах и сообщены с шахтой реактора циркуляционными трубопроводами подъема и слива свинцового теплоносителя. Парогенераторы и большая часть циркуляционных трубопроводов размещены выше уровня свинцового теплоносителя в шахте реактора, циркуляционные насосы размещены в шахте реактора на циркуляционных трубопроводах подъема горячего свинцового теплоносителя, обеспечена естественная циркуляция свинцового теплоносителя при отключении циркуляционных насосов. Технический результат - снижение удельного объема свинцового теплоносителя на единицу мощности реактора. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к очистке газовой среды от водорода. Система очистки имеет дожигатель водорода, состоящий из корпуса, имеющего отверстия для подвода и отвода газовой среды, и кислородосодержащего наполнителя, например, в виде оксида металла, размещенного в корпусе, подводящий и отводящий трубопроводы, запорную арматуру, установленную на подводящем трубопроводе с обеспечением возможности управления подачей газовой среды, содержащей водород, и запорную арматуру, установленную на подводящем трубопроводе с обеспечением возможности управления подачей газовой среды, содержащей кислород. Технический результат - отсутствие загрязнения газовой среды примесями, вредными для конструктивных элементов реакторной установки и/или теплоносителя, в частности свинцово-висмутового. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к циклу преобразования энергии для пара, генерируемого реактором на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением. Цикл имеет первую стадию, на которой первое расширение пара, выходящего из парогенератора, связанного с реактором, осуществляется для приведения пара из исходного состояния «цикла ископаемого топлива» в промежуточное состояние, с температурой и давлением упомянутого пара, соответствующим исходному состоянию «ядерного цикла», вторую стадию, на которой второе расширение пара из промежуточного состояния осуществляется до получения пара в первом влажном состоянии, расположенном ниже кривой насыщения пара, третью стадию, на которой пар подвергают сушке и перегреву, и четвертую стадию, на которой осуществляется третье расширение пара для его приведения из перегретого состояния во второе влажное состояние. Изобретение позволяет повысить срок службы оборудования. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано в энергетических установках с жидкометаллическими свинецсодержащими теплоносителями, в частности в реакторах на быстрых нейтронах. Ядерная энергетическая установка включает корпус реактора с центральной и периферийной частями; шахту с активной зоной, расположенную в центральной части корпуса; жидкометаллический теплоноситель, циркуляционный насос, парогенератор, размещенные в периферийной части корпуса; полость с защитным газом, расположенную над теплоносителем, устройство для ввода защитного газа. Устройство размещено в периферийной части корпуса над верхним срезом парогенератора в зоне всаса циркуляционного насоса, содержащего заборную и рабочую части. Заборная часть расположена в упомянутой полости с защитным газом и имеет отверстия в верхней части, а рабочая - под свободным уровнем жидкометаллического теплоносителя. Технический результат - формирование стабильной газожидкостной смеси с требуемой дисперсностью газовых пузырей. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх