Способ отделения полезной нагрузки с учетом энергии пружинного толкателя

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для освобождения отделяемых в процессе эксплуатации и многоразовой отработки силовых крупногабаритных агрегатов, например головных обтекателей, отсеков и ступеней ракет-носителей, подвесных баков летательных аппаратов, космических аппаратов и других полезных нагрузок (ПН). В способе отделения полезной нагрузки применяют подбор пружинных толкателей с различной энергией, при этом пружинные толкатели с максимальной и минимальной энергией располагают диаметрально противоположно друг другу, определяют смещение энергии пружин толкателей и радиус смещения энергии пружин толкателей относительно геометрического центра масс. С целью исключения закручивания ПН относительно продольной оси продольные толкатели располагают попеременно с правой и левой навивкой. Техническим результатом изобретения является обеспечение отделения ПН с заданной линейной скоростью и исключение закручивания ПН относительно продольной оси. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для освобождения отделяемых в процессе эксплуатации и многоразовой отработки силовых крупногабаритных агрегатов, например головных обтекателей, отсеков и ступеней ракет-носителей, подвесных баков летательных аппаратов, космических аппаратов и других полезных нагрузок (ПН).

Наиболее близким к заявленному является способ, включающий в себя определение расчетным путем величин начальных усилий срабатывания каждого пружинного толкателя, устанавливаемого на систему отделения ПН. На начальной подготовке каждый пружинный толкатель устанавливается с учетом положения центра масс ПН. Перед закреплением ПН проводится настройка пружинного толкателя при помощи шпильки на расчетные усилия, необходимые для отделения ПН с заданной скоростью (патент RU 2293691 С2 от 20.02.2007 г.).

К недостаткам устройства-прототипа следует отнести то, что пружинные толкатели настраивают на расчетное усилие в зависимости от их положения по отношению к центру масс ПН без учета энергии пружины толкателя, что приведет к закручиванию ПН.

Для выбора усилия пружинных толкателей устройства-прототипа (к примеру, расположенные вдоль оси Y) используют формулы (см. фиг. 2 патента RU 2293691 С2)

где Р - номинальное усилие настройки пружинных толкателей, необходимое для обеспечения линейной скорости отхода ПН при отсутствии смещения центра масс;

Δу - величина фактического смешения центра масс ПН по оси Y;

R - радиус окружности установки пружинных толкателей вокруг оси X.

Для определения равенства соотношения первого пружинного толкателя относительно второго пружинного толкателя с учетом расположения расчетного центра масс ПН допустим

Р=100 кгс;

R=1000 мм;

Δу=100 мм

L1=R-Δy=1000-100=900 мм

L2=R+Δy=1000+100=1100 мм

P1⋅L1=P3⋅L2

120⋅900≠80⋅1100

Выводы

1. Данное равенство является неверным, но если из формул №1 и №2 исключить двойку, то получим

P1⋅L1=P3⋅L2

110⋅900=90⋅1100

При этом не учитывается запасенная энергия в каждом толкателе, что приведет к закручиванию ПН.

2. При применении одинаковых пружинных толкателей получаем, что увеличивая силу - увеличиваем ход пружины толкателя, уменьшая силу - уменьшаем ход пружины толкателя. Поэтому при срабатывании после завершения работы пружины толкателя с меньшим ходом вторая пружина продолжает толкать ПН, что приведет к ее закручиванию.

3. Если в пружинном толкателе сохранить ход одинаковым, то распределение сил на всем ходе пружинного толкателя уже не соответствует равенству статических моментов, т.к. сила меняется, а плечо действия остается неизменным.

4. Если предположить, для наглядности, что ход пружин с меньшим усилием обеспечивает в конце Р2=0, то получим

К достоинству устройства-прототипа следует отнести то, что пружинный толкатель регулируется на различное расчетное усилие.

Целью изобретения является применение способа отделения полезной нагрузки с учетом энергии пружинного толкателя.

Цель изобретения достигается тем, что в способе отделения полезной нагрузки с учетом энергии пружинного толкателя, включающем использование удерживающего устройства и средств разделения, выполненных в виде группы пружинных толкателей, с помощью удерживающего устройства обеспечивают удержание и одновременное срабатывание всех пружинных толкателей, согласно изобретению в зависимости от фактического центра масс полезной нагрузки (ПН) или геометрического центра масс применяют подбор пружинных толкателей с различной энергией, для этого:

в каждом пружинном толкателе определяют действительную энергию пружины согласно формуле

располагают пружинные толкатели с максимальной или минимальной энергией диаметрально противоположно друг другу и определяют смещение энергии пружин толкателей Az, Ау по осям z, у по формулам

определяют радиус смещения энергии пружин толкателей относительно геометрического центра масс по формуле

С целью исключения закручивания ПН относительно его продольной оси располагают пружинные толкатели попеременно с правой и левой навивкой.

Техническая сущность предложенного способа поясняется фигурами.

На фиг. 1 изображено смещение относительно геометрического центра масс ПН.

На фиг. 2 показана возможная расстановка пружин в изделии.

На фиг. 3 показан толкатель в рабочем положении.

На фиг. 4 изображено изменение усилия пружины.

В каждый момент процесса отделения учитывается зависимость усилия толкателя, необходимого для обеспечения линейной скорости (Р) отхода ПН и длины пружины (l). При этом сила в пружинном толкателе уменьшается пропорционально ходу: сначала усилие пружины при рабочей деформации (P2), далее усилие пружины при предварительной деформации (P1), затем остаточное усилие пружины (Рост). Поэтому необходимо учитывать запасенную энергию в каждом толкателе (фиг. 4).

Имея набор пружинных толкателей с различной энергией (из-за погрешности изготовления), соблюдается условие подбора, где суммарный вектор энергии пружинных толкателей располагается в геометрическом центре ПН.

При необходимости, зная фактический центр масс ПН, можно применить подбор расстановки пружинных толкателей с различной энергией, где суммарный вектор пружинных толкателей располагается в проекции фактического центра масс ПН.

Осуществление способа.

1. Относительно геометрического центра масс подбирается вектор энергии пружинного толкателя.

а) Определяется действительная энергия для каждого пружинного толкателя по формуле

где F - сила пружины, сжатой на высоту l, Н;

l - высота поджатой пружины, м;

l0 - высота свободной пружины, м.

б) Для исключения закручивания ПН располагаем пружинные толкатели с максимальной или минимальной энергией диаметрально противоположно друг другу.

в) Определяем смещение энергии пружин толкателей Az, Ау по осям z, у по формулам

Z, Y - геометрические параметры, определяющие расположение пружинных толкателей при применении их для отделения ПН, м.

г) Определяем радиус AR смещения энергии пружинных толкателей относительно геометрического центра масс по формуле

Смещение относительно геометрического центра масс ПН является минимальным.

2. С целью исключения закручивания ПН относительно его продольной оси располагаем пружинные толкатели попеременно с правой и левой навивкой.

Пружинные толкатели 3 устанавливают симметрично относительно геометрического центра, по окружности радиуса R и удерживаются удерживающим устройством 7, выполненным в виде механического замка. Нижняя часть пружины 9 закрепляется на кронштейн 4, который закреплен на устройстве отделения 1 параллельно плоскости разделения. Пружина толкателя 3 упирается в тарель 6, которая удерживается болтом 8 на кронштейне 5. Кронштейн 5 закреплен на ПН 2 параллельно плоскости разделения. Компоновка установки пружинного толкателя 3 может изменяться в зависимости от требований к процессу отделения.

После срабатывания удерживающего устройства 7 одновременно освобождаются и включаются в работу все пружинные толкатели 3, отделяя ПН 2 от устройства отделения 1 с заданной линейной скоростью исключая закручивание относительно продольной оси ПН 2.

Таким образом, учитывая энергию каждого пружинного толкателя достигается отделение с заданной линейной скоростью ПН и исключение закручивания ПН относительно продольной оси.

Подбор пружинных толкателей позволяет использовать серийное изготовление пружинных толкателей со значительной погрешностью в энергетике при изготовлении, тем самым фактически исключая выбраковку пружин толкателя.

1. Способ отделения полезной нагрузки с учетом энергии пружинного толкателя, включающий использование удерживающего устройства и средств разделения, выполненных в виде группы пружинных толкателей, в котором с помощью удерживающего устройства обеспечивают удержание и одновременное срабатывание всех пружинных толкателей, отличающийся тем, что в зависимости от фактического центр масс полезной нагрузки (ПН) или геометрического центра масс применяют подбор пружинных толкателей с различной энергией, для этого:

в каждом пружинном толкателе определяют действительную энергию пружины согласно формуле

где F - сила пружины, сжатой на высоту l, Н;

l - высота поджатой пружины, м;

l0 - высота свободной пружины, м;

располагают пружинные толкатели с максимальной или минимальной энергией диаметрально противоположно друг другу и определяют смещение энергии пружин толкателей Az, Ay по осям z, y по формулам

где Z, Y - геометрические параметры, определяющие расположение пружинных толкателей при применении их для отделения ПН, м,

определяют радиус смещения энергии пружин толкателей относительно геометрического центра масс по формуле

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что с целью исключения закручивания ПН относительно его продольной оси располагают пружинные толкатели попеременно с правой и левой навивкой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к космической технике. В стартовой системе для космических летательных аппаратов старт летательного аппарата, закрепленного на стартовой платформе с электродвигателем, осуществляется из горизонтального положения.
Изобретение относится к области медицины, а именно к урологии, андрологии и сексопатологии. Для лечения эректильной дисфункции ежедневно однократно в течение 10-12 минут проводят гравитационное воздействие на пациента в направлении голова-нижние конечности.

Изобретение относится к ракетно-космической технике и предназначено для создания современных, экономически эффективных средств выведения малых космических аппаратов (МКА) массой от 100 кг до 1000 кг на орбиты с высотой Нкр, от 200 км до 1500 км без ограничений по азимутам трасс запуска.

Изобретение относится к космическим аппаратам (КА) для научных исследований физических явлений и отработки различных систем и элементов КА на орбите ИСЗ и при спуске в атмосфере.

Использование: в области электротехники в системах электроснабжения (СЭС) космических аппаратов (КА). Технический результат - обеспечение штатного отключения сеансной нагрузки при нештатной ситуации.

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, а именно к транспортно-пусковым контейнерам (ТПК). В ТПК для запуска малых космических аппаратов, выполненном в виде корпуса с четырьмя боковыми стенками, из которых две противоположные стенки имеют направляющие, задней стенкой, переходной рамкой и поворотной крышкой.

Изобретение относится, главным образом, к конструкции высокоскоростных двухступенчатых ракет. Первой ступенью может служить носовой обтекатель, а второй – остальная часть ракеты.

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к конструкции двигательных установок (ДУ) космического назначения. ДУ состоит из топливных баков с газовой и топливной горловинами, системы подачи топлива, системы исполнительных органов, включающей, как минимум, отклоняющие двигатели со смесительной головкой и двигатели стабилизации и ориентации.
Изобретение относится к области обеспечения долговременного устойчивого развития космической деятельности и может быть использовано для предупреждения столкновений космического аппарата с преднамеренно сближающимся активным объектом.

Изобретение относится к области ракетно-космической техники. Способ управления движением ракеты космического назначения при выведении космических объектов на орбиту заключается в том, что в заданные моменты времени определяют текущее положение ракеты космического назначения с помощью навигационной системы, прогнозируют с помощью бортовой цифровой вычислительной машины оставшуюся траекторию полета с прежним управлением и определяют выполнимость условия обеспечения с заданной точностью терминальных условий полета и, при невыполнимости этих условий, выбирают новое управление и реализуют его с помощью исполнительных органов до следующего, заданного момента времени полета, кроме того, выбирают новые терминальные условия, находящиеся в области достижимости ракеты космического назначения, и новое управление движением ракеты космического назначения и реализуют его с помощью исполнительных органов до следующего, заданного момента времени полета.

Изобретение относится к устройствам стыковки и управления относительным движением космических объектов. Устройство (1) включает в себя корпус (10) с отсеком (11) и вал (20), выполненный с возможностью вращения вокруг первой оси (А1).

Изобретение относится к бортовой автоматике изделий ракетной, ракетно-космической, авиационной, специальной техники, главным образом к агрегатам и системам стыковки и разделения частей летательных аппаратов, в частности к системам разведения детонационных команд от инициирующих устройств к исполнительным узлам, например системам разделения, а также к устройствам взрывной логики - пиротехническим временным устройствам.

Предложенное изобретение относится к области ракетной техники, а более конкретно к устройствам разъединения тяг, относящихся к разным, разделяемым между собой ступенями.

Изобретение относится к ракетно-космической технике. В способе минимизации зон отчуждения для отделяемых частей (ОЧ) ракеты-носителя (РН) на этапе предполетной подготовки РН производят расчет параметров движения ОЧ до момента падения их на землю.

Изобретение относится к средствам фиксации и разделения элементов космического аппарата. Устройство состоит из отделяемой (ОЧ) и стационарной (СЧ) частей.

Изобретение относится к средствам фиксации и быстрого дистанционного разделения элементов конструкций космических аппаратов (КА), их частей и других изделий.
Изобретение относится к космической технике, а именно к устройствам, предназначенным для управляемого разделения конструктивных элементов летательных аппаратов. В устройстве для разделения элементов конструкций летательных аппаратов содержится замок электростатический (ЗЭС), удерживаемый в закрытом состоянии силой электростатического притяжения, возникающей между электрическими зарядами противоположного знака.
Изобретение относится к управлению движением стыкуемых космических аппаратов (КА). Способ обеспечивает касание активного (АК) и пассивного (ПА) КА с требуемыми значениями скорости, для чего регулируют скорость причаливания в зависимости от дальности.
Изобретение относится к области управления движением космических аппаратов (КА) и может быть использовано, в частности, для стыковки активного КА с пассивным КА. Способ включает управление угловыми скоростями активного КА по данным наблюдения с его борта пассивного КА.

Группа изобретений относится к методам и средствам соединения и разделения космических объектов. При запуске двух спутников один из них прикрепляют к подвижной части (4В), а другой помещают в неподвижную часть (4А) камеры (4).

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Способ проведения летно-конструкторских испытаний (ЛКИ) автономного стыковочного модуля (АСМ) для очистки орбит от крупногабаритного космического мусора основан на выборе мишени из имеющихся на орбитах для их увода на орбиты утилизации, выведении с помощью ракеты-носителя, разгонного блока (РБ) и АСМ в область орбиты очистки от объектов космического мусора (мишеней), маневрах дальнего и ближнего наведения для стыковки и захвата мишени, сведении на орбиту утилизации. ЛКИ проводят при попутном пуске ракеты-носителя (РН) для выведения полезной нагрузки КАпн на заданную орбиту. Выбор полезной нагрузки КАпн и ее орбиты, мишени и ее орбиты осуществляют из условия обеспечения возможности реализации маневров дальнего, ближнего наведения на мишень связки «РБ + АСМ» с помощью РБ после отделения КАпн, стыковки, маневров по спуску связки «РБ + АСМ + мишень» в заданный район падения на поверхности Земли с помощью РБ. Время на реализацию всех событий не должно превышать времени активного функционирования РБ. Техническим результатом изобретения является обеспечение проведения ЛКИ при попутном пуске РН и расширение области выбора мишени. 3 ил.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для освобождения отделяемых в процессе эксплуатации и многоразовой отработки силовых крупногабаритных агрегатов, например головных обтекателей, отсеков и ступеней ракет-носителей, подвесных баков летательных аппаратов, космических аппаратов и других полезных нагрузок. В способе отделения полезной нагрузки применяют подбор пружинных толкателей с различной энергией, при этом пружинные толкатели с максимальной и минимальной энергией располагают диаметрально противоположно друг другу, определяют смещение энергии пружин толкателей и радиус смещения энергии пружин толкателей относительно геометрического центра масс. С целью исключения закручивания ПН относительно продольной оси продольные толкатели располагают попеременно с правой и левой навивкой. Техническим результатом изобретения является обеспечение отделения ПН с заданной линейной скоростью и исключение закручивания ПН относительно продольной оси. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх