Головний аеродинамічний обтічник космічної ракети

Головний аеродинамічний обтічник космічної ракети, що вміщує скріплені між собою пірозасобами по повздовжному стику стулки з повздовжнім та поперечним силовим набіром, які утворюють циліндроконічний відсік, штовхачі пневмосистеми, кабельну мережу та нанесенный на листові обшивки теплозахист, яка відрізняється тим, що кожна конічна частина стулки у її верхній частині споряджена дренажно-запобіжними клапанами, кожен з яких виконаний у вигляді підпружиненої тарованим зусиллям поворотної кришки з закріпленим на ній ущільнуючим елементом, взаємодіючим з сідлом, створеним на люці окантовки, а на внутрішніх поверхнях силового набору - стрингерах і напівшпангоутах розміщені на фторопластових шайбах із взаємним перекриттям фрагменти трьохшарової теплової ізоляції, виконані з тонколистового текстоліту, фольгованого по обидва боки алюмінієм, та A (54) ГОЛОВНИЙ АЕРОДИНАМІЧНИЙ ОБТІЧНИК КОСМІЧНОЇ РАКЕТИ 31014 До таких недоліків слід віднести: наявність напрямних штирів у поздовжному та поперечному стику, котрі утруднюють процес поділу і відокремлення; відсутність засобів вирівнювання тиску оточуючого середовища та підобтічникового простору; відсутність пристроїв, забезпечуючих роботоспроможність температурозалежних елементів космічного апарата, розташованого у підобтічниковому просторі; значні хитання торців стулок головного аеродинамічного обтічника у процесі їх скидання з космічної ракети. Найбільш близьким до запропонованого технічного вирішення є обрана у якості прототипу будова головного аеродинамічного обтічника, описана у патенті США № 3.118.636 по класу 244-1. Вона вміщує стулки, скріплені поміж собою піротехнічними пристроями, обшивки з силовим набором, вузли поділу стулок та механізм розвороту стулок навколо осі завіси останнього ступіня ракети. Така будова має високі технічні характеристики, має невелику вагу і габарити. Має високу надійність при її використанні у бойових ракетах. Але їй притаманні суттєві недоліки, що виключають її використання у складі космічних ракет, призначених для виконання комерційних пускових послуг. До таких недоліків слід віднести: відсутність можливості трансформування головного аеродинамічного обтічника, призначеного для одного типу космічного апарата у головний аеродинамічний обтічник для космічного апарата з більшою довжиною; наявність напрямних штирів, взаємодіючих з отворами у стулках, погіршує їх розворот у процесі скидання; відсутність засобів вирівнювання тиску оточуючого середовища і підобтічникового простору; незабезпеченість чистоти підобтічникового простору; незабезпеченість умов надійного функціонування температурозалежних пристроїв космічного апарата, розташованого у підобтічниковому просторі; незабезпеченість уніфікації головного аеродинамічного обтічника для космічних апаратів різного призначення ракетами одного класу; незабезпеченість захисту космічного апарата від впливу електростатичних полів. В основу винаходу поставлене завдання удосконалення головного аеродинамічного обтічника для умов виконання комерційних пускових послуг виведення космічних апаратів різної габаритної довжини космічною ракетою одного класу, приведення його агрегатів та систем у гармонійну відповідність вузлам і агрегатам, розташованих у підобтічниковому просторі, за рахунок введення нових елементів конструкції: у конічну частину кожної стулки дренажнозапобіжних клапанів, виконаних у вигляді підпружиненої тарованим зусиллям поворотної кришки з встановленим на ній ущільнюючим елементом; на внутрішніх полицях силового набору встановлені термомости, на котрі оперті фрагменти тонколистової текстолитової металізованої теплоізоляції, що творять еквідистантну зовнішнім обшивкам стулок поверхню з спільним гальванічним полем; фрагменти трьохшарової теплоізоляції, виконані з тонколистового текстоліту, фольгованого по обидва боки алюмінієм, встановлені з насуванням друг відносно друга і скріплені нарізними кріпильними елементами, при цьому з зовнішнього та внутрішнього боку кріпильного пакету встановлені фторопластові шайби; кріпильні елементи пропущені скрізь отвори у фрагментах трьохшарової теплоізоляції, діаметр котрих у 2-2,2 рази перебільшує діаметр нарізки кріпильного елемента; на циліндричних уніфікованих відсіках встановлені кронштейни кріплення вентиляторів з розтрубами для нагнітання повітряного потоку до температурозалежних елементів космічних апаратів, що розташовані у підобтічниковому просторі; на кожному конічному та циліндричних уніфікованих відсіках встановлені дві однотипні уніфіковані балки з піротехнічним приводом розділення замкового механізму; нижній циліндричний уніфікований відсік головного аеродинамічного обтічника додатково споряджений рухомо-заневоленими та регулюємими за величиною зусилля і переміщення пневмоштовхачами; опорний елемент кожного рухомого штока штовхача опертий у напівсферичне гніздо, утворене на стикувальному шпангоуті приладового відсіку останнього ступеня космічної ракети, а радіальне переміщення корпусу штовхача обмежене регулюємим встановленням скоби і клиноподібним регулюємим упором. За рахунок впровадження в конструкції головного аеродинамічного обтічника нових елементів конструкції забезпечується можливість: вирівнювання атмосферного і підобтічникового тиску й таким чином виключення дії підобтічникового тиску на процес відокремлення стулок; зменшити перетікання температури від зовнішньої оболонки головного аеродинамічного обтічника у його внутрішню порожнину; збільшити внутрішній об'єм підобтічникового простору; включити фрагменти трьохшарової теплоізоляції у спільне гальванічне поле; виключити випинання фрагментів трьохшарової тонколистової теплоізоляції усередину підобтічникової порожнини у момент зміни розмірів головного аеродинамічного обтічника при дії теплового навантаження; забезпечити потрібний температурний режим на температурозалежних елементах космічних апаратів у випадку невідбувшогося пуску; використовувати однотипний механізм розділення стулок конічного та циліндричних уніфікованих відсіків; комплектувати головний аеродинамічний обтічник необхідною кількістю уніфікованих циліндричних відсіків виходячи з габаритної довжини запланованого до пуску космічного апарата; забезпечити коливання корпусу пневмоштовхача у точно визначеному полі і як наслідок цього зменшити хитання торців стулок на відрізку їх відокремлення; 2 31014 поєднати функції напрямного штиря та пневмоштовхача у єдиному пристрої; створити уніфікований головний аеродинамічний обтічник для космічних ракет визначеного класу; забезпечити високу чистоту підобтічникового простору на любому етапі використання уніфікованого аеродинамічного обтічника. Поставлене завдання вирішується тим, що у запропонованій будові головного аеродинамічного обтічника кожна конічна частина стулки у її верхній частині споряджена дренажно-запобіжними клапанами, кожний з яких виконаний у вигляді підпружиненої тарованим зусиллям поворотної кришки з закріпленим на ній ущільнюючим елементом, взаємодіючої з сідлом, створеним на люці окантовки, а на внутрішніх поверхнях силового набору – стрингерах і напівшпангоутах встановлені на фторопластових шайбах з взаємним насуванням фрагменти трьохшарової теплової ізоляції, виконані з тонколистового текстолиту, фольгованого по обидва боки алюмінієм і закріплені кріпильними елементами, пропущеними скрізь отвори у згаданих фрагментах. Діаметр отворів у фрагментах у 2-2,2 рази більше діаметру нарізки кріпильних елементів. Встановлені фрагменти теплової ізоляції утворюють еквідистантну зовнішнім обшивкам стулок поверхню з спільним гальванічним полем. Циліндрична частина головного аеродинамічного обтічника по її внутрішній поверхні споряджена опорними кронштейнами для розташування на них вентиляторів з розтрубами для нагнітання повітряного потоку до температурозалежних елементів космічних апаратів космічної ракети. А циліндрична частина головного обтічника виконана з декількох рознімноскреплених поміж собою уніфікованих відсіків з можливістю варіювання їх кількості. Кожний конічний та циліндричний уніфікований відсіки споряджені двома однотипними уніфікованими балками розділення з піротехнічним приводом важільнокулачкового механізму. А нижній уніфікований циліндричний відсік додатково споряджений рухомо заневоленими і регулюємими за величиною зусилля і переміщення пневмоштовхачами, опорний елемент кожного штока опертий у напівсферичне гніздо, утворене на стиковому шпангоуті приладового відсіку останнього ступеня космічної ракети. А радіальне переміщення корпусу штовхача обмежене регулюємим встановленням скоби, котра охоплює корпус штовхача, та клиноподібним регулюємим упором. Виконана таким чином будова головного аеродинамічного обтічника космічної ракети вигідно відрізняється від прототипу так, як усуває його недоліки, володіє більш високими технічними характеристиками, наприклад, покращує умови розділення стулок головного аеродинамічного обтічника, задовольняє вимогам уніфікованого головного аеродинамічного обтічника так, як складений він з уніфікованих конічного і декількох однотипних циліндричних відсіків, що забезпечує йому можливість трансформування по габаритній довжині. Крім того він має примусову систему перемішування повітряного об'єму у підобтічниковому просторі, забезпечуючи тим самим збереження температурозалежних елементів на космічному (космічних) апараті, розташованому у підобтічниковому просторі, а багатофункціональні засоби відокремлення забезпечують мінімальні хитання торців розділених стулок, що дозволяє збільшити габарити космічного апарата. Введені нові технічні рішення забезпечують збереження чистоти у підобтічниковому просторі на усіх етапах експлуатації головного аеродинамічного обтічника. Сукупність запропонованих нових технічних рішень, об'єднаних єдиним винахідницьким задумом відповідають умовам створення нового уніфікованого головного аеродинамічного обтічника з новими якостями, задовольняючими вимогам виконання міжнародних пускових послуг у комерційних цілях. Для пояснення конструкції та роботи головного аеродинамічного обтічника космічної ракети додаються креслення, на яких зображені: фіг. 1 - загальний вигляд головного обтічника, встановленого на космічну ракету; фіг. 2 - загальний вигляд головного обтічника у початковий період скидання стулок; фіг. 3 - загальний вигляд головного обтічника у кінцевий період скидання стулок; фіг. 4 - переріз А-А фіг. 1; фіг. 5 - вигляд Б фіг. 1; фіг. 6 - вигляд В фіг. 1; фіг. 7 - переріз Д-Д фіг. 6; фіг. 8 - виносний елемент Е фіг. 1; фіг. 9 - переріз Ж-Ж фіг. 1; фіг. 10 - переріз К-К фіг. 1; фіг. 11 - загальний вигляд космічної ракети з скинутими стулками; фіг. 12 - переріз M-М фіг. 2 - з урахуванням дії штовхача; фіг. 13 - переріз Н-Н фіг. 3 - без урахування дії штовхача; фіг. 14 - переріз Г-Г фіг. 1. Будова головного аеродинамічного обтічника космічної ракети 1 вміщує скріплені поміж собою балками розділення 2 стулки 3, кожна з стулок виконана з обшивок 4, підкріплених поперечним 5 і поздовжнім 6 силовим набиром. Скріплені стулки 3 утворюють циліндро-конічний відсік, на якому встановлені пневмоштовхачі 7, пневмосистеми 8 скидання стулок 3 і кабельна мережа 9 задіювання пірозасобів 10 балок розділення 2 поздовжного стику і пристроїв стикування 11 поперечного стику. У верхній конічній частині 12 кожної стулки 3 встановлені дренажно-запобіжні клапани 13, кожний з яких виконаний у вигляді підпружиненої тарованим зусиллям поворотної кришки 14 з закріпленим на ній ущільнюючим елементом 15, взаємодіючої з сідлом 16, утвореним на люці 17 окантовки 18. З боку внутрішньої порожнини головного аеродинамічного обтічника на вершинах силового набору 5 і 6 на фторопластових шайбах 19, з взаємним насуванням, встановлені фрагменти трьохшарової теплоізоляції 20, виконаної з тонколистового текстоліту, фольгованого по обидва боки алюмінієм. Фрагменти трьохшарової теплоізоляції 20 закріплені кріпильники елементами 21, пропущеними скрізь отвори 22, діаметр котрих у 2-2,5 рази більше діаметру нарізки кріпильного елемента 21 і створюють еквідистантну зовнішнім обшивкам 4 поверхню, а їх металізовані шари створюють єдине гальванічне поле. Конічні та циліндрична частини кожної стулки 3 з боку внутрішньої порожнини 3 31014 споряджені опорними кронштейнами 23 для встановлення на них вентиляторів 24 з розтрубами 25 для нагнітання повітряного потоку до температурозалежних елементів, розташованих у підобтічниковому просторі. Циліндрична частина головного аеродинамічного обтічника виконана з декількох рознімноскреплених поміж собою уніфікованих циліндричних відсіків 26 з можливістю варіювання їх кількості. Кожний уніфікований циліндричний відсік 26 і конічна частина 27 головного аеродинамічного обтічника споряджені двома однотипними уніфікованими балками розділення 2, у котрих в якості приводу використані пірозасоби 10. Нижній уніфікований циліндричний відсік 28 додатково споряджений рухомозаневоленими і регулюємими за величиною зусилля і переміщення пневмоштовхачами 7, а їх опорний елемент 29 розташований на торці рухомого штока 30, опертий у напівсферичне гніздо 31, утворене на стикувальному шпангоуті 32 останнього ступеня космічної ракети. Радіальне зміщення корпусу 33 пневмоштовхача 7, встановленого з можливістю коливання у площині, перпендикулярній площині розділення головного аеродинамічного обтічника на стулки 3, обмежено регулюємим встановленням скоби 34, а компенсація монтажних невлучностей забезпечена регульованим клиноподібним упором 35. Слід відзначити те, що регулюєма по встановленню скоба 34 і регулюємий по встановленню клиноподібний упор 35 вмішують взаємопаралельні поверхні і створюють "коридор", співпадаючий за напрямом з площиною коливання пневмоштовхача 7. Складання головного аеродинамічного обтічника космічної ракети починають з визначення потрібного об'єму підобтічникового простору, котрий залежить від габаритів одного або групи космічних апаратів, що розміщуються в його об'ємі. Після його визначення призначають кількість уніфікованих циліндричних відсіків 26 та здійснюють їх взаємне стикування. Потім до них стикують конічну частину 27. Після виконання вказаних робіт ведуть монтаж пневмосистеми 8, кабельної мережі 9, фрагментів трьохшарової теплової ізоляції 20, а також ведуть настроювання балок розділення 2 і дренажно-запобіжних клапанів 13. Стикування головного аеродинамічного обтічника до космічної ракети здійснюють шляхом встановлення і затягнення піротехнічних пристроїв стикування 11 по поперечному стику "космічна ракета - головний аеродинамічний обтічник". Після цього здійснюють стикування електричних з'єднувачів кабельної мережі 9 і колодок пневмосистеми 8, регулювання пневмоштовхачів 7, домагаючись при цьому того, щоб їх опорний елемент 29, розташований на торці К рухомого штока 30, був опертий у напівсферичне гніздо 31, утворене на стикувальному шпангоуті 32 приладового відсіку космічної ракети. Робота головного аеродинамічного обтічника космічної ракети починається з моменту її вивозу з монтажно-випробувального комплексу для доставки на стартову позицію. За командами датчикової апаратури вмикаються вентилятори 24, які живляться від наземної електромережі. Після аварійного припинення пуску космічної ракети автоматично вмикаються в бортову кабельну мережу живлення вентилятори 24. У залежності від температури оточуючого середовища вентилятори 24 можуть подавати як холодний, так і підігрітий убудованими у вентилятори тенами, повітряний потік у зону температурнозалежних елементів, що розміщуються на космічному апараті. В процесі проходження ракетою щільних шарів атмосфери відбувається нагрівання зовнішньої поверхні головного аеродинамічного обтічника та створюється разність тисків за бортом відносно тиску у підобтічниковому просторі. Однак розповсюдженню тепла у підобтічниковий простір перешкоджають фрагменти тонколистової фольгованої теплоізоляції 20. Виникнувша різниця тисків оточуючого середовища та тиску у підобтічниковому просторі допоможе розвороту кришки 14 дренажнозапобіжних клапанів 13, внаслідок чого тиски зрівняються, а у момент скидання стулок 3 головного аеродинамічного обтічника справляти на них впливу не буде. Для забезпечення скидання стулок 3 з головного аеродинамічного обтічника подають електричні команди розділення поперечного і повздовжнього стиків з одночасною подачею тисків стиснутого газу у пневмоштовхачі 7. Пневмоштовхачі 7 здійснюють розворот стулок 3 відносно осі 36 завіси 37, розташованних на приладовому відсіку космічної ракети. Слід відзначити те, що після розділення поперечного та поздовжного стиків стулок 3, хитанню поздовжних торців перешкоджають пневмоштовхачі 7, переміщення корпусів 33 яких за допомогою регульованого клиноподібного упору 33 утворене по визначеному коридору, таким чином забезпечень поєднання функції штовхачів з функцією напрямних штирів. При повороті стулок на кут більш 45° під дією прискорень від маршевого двигуна космічної ракети стулки обертаються без дії пневмоштовхачів, а зів важелів 38 стулок 3 виходить з зачіплення з віссю 36 завіси 37 і стулки 3 скидаються. Таким чином аналіз графічних матеріалів, опис конструкції головного аеродинамічного обтічника космічної ракети та його роботи показує те, що запропонована будова забезпечує вирішення поставленного завдання і отримання прибутку, відповідає усім критеріям міжнародного ринку по виконанню комерційних пускових послуг, відповідає критеріям новизни та значно перевищує технічні характеристики прототипу, а тому має всі підстави для її використання в ракетно-космічній галузі. 4 31014 Фіг. 1 5 31014 Фіг. 2 6 31014 Фіг. 3 7 31014 Фіг. 4 Фіг. 5 8 31014 Фіг. 6 Фіг. 7 9 31014 Фіг. 8 10 31014 Фіг. 9 Фіг. 10 11 31014 Фіг. 11 Фіг. 12 12 31014 Фіг. 13 13 31014 Фіг. 14 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 14