Пристрій для вертикальної посадки літального апарата

Корисна модель відноситься до ракетно-космічної галузі, а більш конкретно - до частин ракет, які повертають, і може використовуватися під час проектування ракет-носіїв багаторазового використання. Відомим є пристрій для вертикальної посадки літального апарата (ЛА), який містить корпус з днищем, дві гнучкі оболонки з вузлами кріплення, ємність тиску, систему подавання швидкотвердіючого матеріалу та парашутну систему [див. патент України МПК B64G1/00, F42B15/00, 2002р.]. Відомий пристрій забезпечує захист рушійної установки відсіку, який рятують, від дії теплових і аеродинамічних навантажень на ділянці спуску, а також від дії ударних навантажень під час приземлення за рахунок зім'яття швидкотвердіючого матеріалу. Недоліком відомого пристрою є його невисокі експлуатаційні якості через складність парашутної системи, тому що велику швидкість відсіку після відділення від ракети необхідно гасити у два етапи: спочатку за допомогою швидкісного парашуту (попереднє гальмування), а потім за допомогою парашуту приземлення. Найближчим до запропонованого по технічному рішенню є вибраний як прототип пристрій для вертикальної посадки ЛА, який описаний у патенті України №3747U, МПК B64G1/00, F42B15/00, 2004р. Вказаний пристрій містить корпус з днищем, перехідний відсік, виконаний у вигляді поворотних панелей з приводом, гнучку оболонку тороїдальної форми з вузлами кріплення, ємність тиску та парашутну систему. Після відділення ступеня від ракети його попереднє гальмування здійснюється шляхом повороту панелей перехідного відсіку за допомогою приводу, а потім здійснюється гальмування за допомогою парашуту приземлення. При цьому після відділення ступінь летить уперед рушійною установкою, а після розкриття парашуту ступінь розвертається і летить уперед перехідним відсіком. Відомий пристрій забезпечує зниження ударних навантажень під час посадки. Але під час зіткнення гнучкої оболонки, яка заповнена газами від ємності тиску, з поверхнею землі відбувається їх стискання, яке супроводжується наступним розширенням і відскоком ЛА від поверхні землі. Для виключення відскоку на гнучкій оболонці встановлюються дренажні клапани, виконані у вигляді отворів з розривними мембранами [див. патент США №2944771, кл.244-100, 1960р.]. Недоліком відомого пристрою є його невисокі експлуатаційні якості, такі як: - можливість контакту корпусу ЛА з поверхнею землі через опускання корпусу у результаті витікання газу з гнучкої оболонки; - недостатня ефективність, що притаманно гнучким оболонкам, які заповнені стисненим газом [див. книгу «Пилотируемые космические корабли», сост. Пол Е.Персер и др., М., « Машиностроение», 1968, с.350 рис.25.5]. В основу корисної моделі поставлена задача створення удосконаленої конструкції пристрою для вертикальної посадки ЛА, яка б дозволила зменшити пошкодження його корпусу шляхом уведення у неї нових елементів і технічних рішень, таких як: - одна з гнучких оболонок встановлюється всередині другої і між ними утворюється зазор у області стикання з землею, а з протилежного боку гнучкі оболонки скріплюються одна з одною і прикріплюються до днища літального апарата, при цьому дренажні клапани встановлюються на зовнішній гнучкій оболонці, внутрішня порожнина внутрішньої гнучкої оболонки сполучається з системою подавання швидкотвердіючого матеріалу, а міжоболочечна порожнина зв'язується з ємністю тиску, що дозволяє забезпечити поетапне гасіння ударних навантажень під час приземлення; - наявність гнучкої мембрани, яка встановлюється на зовнішній гнучкій оболонці з боку днища, і гнучкого циліндричного фартуха, який встановлюється по зовнішньому периметру зовнішньої гнучкої оболонки, при цьому нижній край гнучкого циліндричного фартуха виступає за поверхню тора зовнішньої гнучкої оболонки, а дренажні клапани розташовуються всередині порожнини, яка утворена гнучким циліндричним фартухом й гнучкою мембраною, що дозволяє використовувати гази, які витікають з дренажних клапанів, для створення ефекту повітряної подушки, яка забезпечує додаткове гасіння ударних навантажень під час посадки. Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованому пристрої для вертикальної посадки ЛА, який містить корпус з днищем, дві гнучкі оболонки тороїдальної форми з вузлами кріплення і дренажними клапанами, ємність тиску, систему подавання швидкотвердіючого матеріалу і парашутн у систему, в ньому одна з гнучких оболонок встановлена всередині другої і між ними утворений зазор у області стикання з землею, а з протилежного боку гнучкі оболонки скріплені одна з одною і прикріплені до днища літального апарата, при цьому дренажні клапани встановлені на зовнішній гнучкій оболонці, внутрішня порожнина внутрішньої гнучкої оболонки сполучена з системою подавання швидкотвердіючого матеріалу, а міжоболочечна порожнина зв'язана з ємністю тиску. Пристрій оснащений також гнучкою мембраною, яка встановлена на зовнішній гнучкій оболонці з боку днища, і гнучким циліндричним фартухом, який встановлений по зовнішньому периметру зовнішньої гнучкої оболонки, при цьому нижній край гнучкого циліндричного фартуха виступає за поверхню тора зовнішньої гнучкої оболонки, а дренажні клапани розташовані всередині порожнини, яка утворена гнучким циліндричним фартухом й гнучкою мембраною. Для пояснення конструкції пристою і його роботи додаються креслення та його детальний опис. На кресленнях зображено: - на Фіг.1 - загальний вид ЛА без гн учкого циліндричного фартуха у процесі спуску; - на Фіг.2 - загальний вид ЛА без гн учкого циліндричного фартуха у процесі приземлення; - на Фіг.3 - загальний вид ЛА з гнучким циліндричним фартухом у процесі спуску; - на Фіг.4 - загальний вид ЛА з гнучким циліндричним фартухом у процесі приземлення. Запропонований пристрій для вертикальної посадки ЛА, наприклад відсік рушійної установки багаторазового використання, складається з внутрішньої 1 і зовнішньої 2 гнучких оболонок тороподібної форми, змонтованих на днище 3 корпусу 4 за допомогою вузлів кріплення 5. Зовнішня гнучка оболонка 2 оснащена дренажними клапанами 6, а її внутрішній об'єм з'єднаний з ємністю тиску 7. Вн утрішній об'єм внутрішньої гнучкої оболонки 1 з'єднаний з системою 8 подавання швидкотвердіючого матеріалу. Гнучка оболонка 1 закріплена всередині гнучкої оболонки 2 у верхній частині, у результаті чого у нижній частині утворюється зазор. Відсік багаторазового використання оснащений парашутною системою 9, яка забезпечує його приземлення на поверхню 10 землі. У верхній частині зовнішньої гнучкої оболонки 2 встановлена гнучка мембрана 11, яка забезпечує герметичність з'єднання цієї оболонки з днищем 3, а в її нижній частині встановлений по зовнішньому периметру гн учкий циліндричний фартух 12, нижній край якого розташований нижче торової поверхні 13 зовнішньої гнучкої оболонки 2 (Фіг.3, 4). Робота запропонованого пристрою з двома гнучкими оболонками (Фіг.1, 2) здійснюється наступним чином. У процесі польоту ракети на активній ділянці відбувається відділення відпрацьованих ступенів, які здійснюють подальшій політ на пасивній ділянці. На пасивній ділянці послідовно відбувається відділення відсіку багаторазового використання від відпрацьованого ступеня, спуск цього відсіку у атмосфері за допомогою парашутної системи 9 і посадка (приземлення). Перед приземленням гнучкі оболонки 1 і 2 переводять із складеного положення у робоче. Для цього до об'єму внутрішньої гнучкої оболонки 1 подають швидкотвердіючий матеріал (піну) із системи 8, який через заданий час становиться твердим. Після цього до об'єму між гнучкими оболонками 1 і 2 подають стиснений газ із ємності тиску 7. У процесі приземлення скидається парашутна система 9 і здійснюється поглинання енергії приземлення у посадочному пристрої. Під час вертикального приземлення відсіку багаторазового використання поглинання енергії здійснюється у три етапи: - підвищення тиску в об'ємі зовнішньої гнучкої оболонки 2 до заданої величини (у результаті цього газ витікає через дренажні клапани 6, корпус 4 просідає і зазор у нижній частині між гнучкими оболонками 1 і 2 зменшується); - об'ємна деформація (обжимання) внутрішньої гнучкої оболонки 1 за рахунок тиску, створеного у зовнішній гнучкій оболонці 2; - деформація (зім'яття) внутрішньої гнучкої оболонки 1 під час її контакту з поверхнею 10 землі. Під час приземлення відсіку багаторазового використання під гострим кутом до поверхні 10 землі спочатку відбувається стикання нижнього (правого) краю посадочного пристрою з поверхнею 10, потім відсік багаторазового використання повертається до вертикального положення (на Фіг.2 напрямок повороту зображено стрілкою), у результаті чого контакт внутрішньої гнучкої оболонки 1 з поверхнею 10 здійснюється по великій площині, тобто практично уся вн утрішня гн учка оболонка 1 приймає участь у поглинанні енергії приземлення. При відсутності же зовнішньої гнучкої оболонки 2 у поглинанні енергії приземлення приймав б участь, в основному, тільки нижній (правий) край внутрішньої гнучкої оболонки 1, яка контактує з поверхнею 10 землі. Робота запропонованого пристрою, який оснащений гнучкою мембраною та гнучким циліндричним фартухом (Фіг.3, 4), здійснюється наступним чином. Під час приземлення відсіку багаторазового використання на похилу поверхню 10 землі спочатку відбувається стикання нижнього (правого) краю посадочного пристрою. У результаті цього стиснений газ витікає через дренажні клапани 6 до внутрішньої порожнини, яка утворюється гнучкою мембраною 11 і гнучким циліндричним фартухом 12, де створюється надлишковий тиск, на подолання якого витрачається частина енергії приземлення. Таким чином, запропонований пристрій, який має просту і надійну конструкцію, дозволяє підвищити його ефективність за рахунок більш повного використання енергії стисненого газу, який знаходиться у ємності тиску.