Спосіб спасіння ступеня літального апарата на траєкторії спуску в атмосфері і пристрій для його здійснення

1. Спосіб спасіння ступеня літального апарата на траєкторії спуску в атмосфері, що полягає у прикладенні гальмуючого імпульсу аеродинамічними пристроями, зв'язаними із літальним апаратом нежорсткими елементами, який відрізняється тим, що після попадання літального апарата в атмосферу нежорсткі елементи, наприклад троси, звільняють від проміжних зв'язків із його корпусом, корпус розділяють на попередньо зв'язані цими тросами секції, наприклад за допомогою подовжених кумулятивних зарядів, і утворюють систему секцій, зв'язаних тросами, стійку відносно вектора швидкості набігаючого потоку, причому форму і масу секцій вибирають так, щоб балістичний коефіцієнт замикаючої із них у напрямку польоту був найбільшим, а довжини тросів встановлюють за умови незнаходження секцій в аеродинамічній тіні. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що послідовність балістичних коефіцієнтів секцій зменшують у напрямку польоту. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що секції відділяють і додають їм імпульси відносної швидкості послідовно за часом від замикаючої до першої у напрямку польоту, причому величини імпульсів швидкості зменшуються у тій же послідовності, а кожну із секцій відділяють після закінчення процесу відділення попередньої. C2 2 UA 1 3 70266 4 ють способи спасіння відокремлюваних елементів швидкості у напрямку руху; забезпечення на етапі конструкції ракет шляхом їхнього гальмування в спуску ЛА тільки його статичної стійкості (тоді як атмосфері планети за допомогою гальмівних припідвищення динамічної стійкості призвело б до строїв типу: парашутів [1], аеродинамічних екранів прискореного гасіння коливань і дисипації енергії). [2] і гальм [3], балонів, зв'язаних тросами зі ступінБезумовним недоліком є ускладнення конструкції ню [4]. апарата через присутність зайвих на перших етаУсі пристрої, що реалізують ці способи, попри пах польоту гальмівних стрічок і технологічних свою гальмівну ефективність, не використовуютьоперацій їхнього складання і виведення в робочий ся на етапі виконання головної функції ступіні стан, (а значить - необхідність значних доопрацювиведення корисного вантажу, і задіються тільки вань існуючих ракет, зниження надійності реалізапісля відділення ступіні. Це визначає їхні основні ції способу і пристрою через використання вибухонедоліки, які проявляються в першу чергу саме на вих речовин значної потужності для спрацювання етапі виведення: зниження енергетичних характегальм і можливості збоїв при виведенні стрічок у ристик ракети завдяки збільшенню маси ступіні; робочий стан). Спосіб дієвий тільки на гіперзвукоускладнення конструкції; необхідність доопрацювій ділянці польоту. вань існуючих ракет для впровадження вказаних В основу винаходу поставлена задача розробпристроїв; зниження надійності спасіння із - за ки способу спасіння відокремлюваної ступіні ракенеобхідності розкладання попередньо складених ти і пристрою для його здійснення з мінімальним гальмівних пристроїв; практично відсутній вплив збільшенням маси ступіні, мінімальною складністю на динамічну стійкість ступіні під час спуску через виготовлення та експлуатації, високою надійністю, малу ефективність прикріплених до ракети аеропідвищенням динамічної стійкості підчас спуску, динамічних гальм, розміри яких обмежені можлимаксимально швидким спрацюванням, ефективнівістю розташування на ступіні або вичленення з її стю дії на усіх швидкостях, а також можливістю елементів конструкції (а стосовно парашутів і реалізації на існуючих ракетах при мінімальних гальм, що задіються на тросах та гн учких зв'язках, обсягах доробок конструкції, технології підготовки - через мале число місць кріплення тросів і гнучкодо пуску. сті зв'язків); дієвість цих пристроїв лише на певних Поставлена задача вирішується тим, що в ділянках руху ступіні, так, наприклад, парашути способі спасіння після попадання літального апаефективні тільки на дозвуковій ділянці польоту. рату в атмосферу нежорсткі елементи, наприклад, Спасіння ступіні через високу точність влучантроси, звільняють від проміжних зв'язків із його ня в район падіння забезпечує підтримка її заданої корпусом, корпус розділяють на попередньо зв'яорієнтації відносно набігаючого потоку [2], [5]-[7]. зані цими тросами секції, наприклад, за допомогою Найчастіше передбачається досягнення нульового подовжених кумулятивних зарядів, і утворюють значення кута атаки [6]. Для літального апарата систему секцій, зв'язаних тросами, стійку відносно (ЛА), що сп ускається, процес зменшення до нуля вектора швидкості набігаючого потоку, причому кута атаки вимагає зусиль для розкриття гальмівформу і масу секцій вибирають так, щоб балістичних пристроїв та подолання перевантажень від ний коефіцієнт замикаючої із них у напрямку гальмування в атмосфері. Забезпечити гальмупольоту був найбільшим, а довжини тросів вставання, полегшити конструкцію і стабілізувати орієновлюють за умови незнаходження секцій в аеронтацію ЛА відносно потоку можна шляхом застодинамічній тіні. сування гальмівних елементів, що з'єднуються з В основі здійснення заявленого способу леосновною конструкцією за допомогою гнучких зв'яжить створення пристрою, що реалізує цей спосіб і зків типу тросів [7]. Як і у ви щенаведених випаддосягнення відповідного, описаного вище, технічках, недолік способу полягає у необхідності додатного результату. кових елементів, які не використовуються під час Поставлена задача вирішується тим, що в виведення корисного вантажу на орбіту і виконупристрої для здійснення способу, відповідно з ним, ють свої функції тільки на етапі спасіння, та необна корпусі та внутрішні х елементах конструкції по хідності виведення їх у робочий стан. контурах, утворених їх перетином з поверхнями Найбільш близьким аналогом є спосіб спасінрозподілу, встановлені подовжені кумулятивні ня літального апарату, наприклад, ступіні ракети, заряди (ПКЗ), на бічній поверхні корпуса ступіні з на траєкторії спуску в атмосфері, що полягає у обох боків від зарядів, поблизу них, рівномірно по прикладенні гальмуючого імпульсу аеродинамічпериметру ступіні уздовж її твірних встановлені ними пристроями, зв'язаними із літальним апаравузли кріплення протилежних кінців кожного з тротом нежорсткими елементами таким чином, що на сів, самі троси покладені уздовж твірних і притяггіперзвуковій ділянці спуску за допомогою вибухонуті за петлі за допомогою карабінів до кілець, що вого заряду викидаються з контейнера гальмівні прикріплені піроболтами до корпусу, а між вузлами елементи у вигляді стрічок, які потім утримуються і кріплення протилежних кінців кожного з тросів траляться на тросі [8]. установлені з натягом захисні дугоподібні пружиЦей спосіб і відповідний пристрій забезпечуни, випуклістю назовні від корпусу, на зовнішній ють гальмування апарата і його стабілізацію відповерхні кожної з них виконані жолоби для тросів, носно набігаючого потоку. До недоліків способу на які вони покладені з натягом, причому піроболможна віднести значне переобтяження конструкції ти і заряди електрично зв'язані з програмноі зниження енергетичних характеристик ступіні на часовим пристроєм. етапі виведення; зниження ефективності способу Відділення саме секцій корпуса дозволяє вичерез те, що спрацювання заряду та витікання користовувати їх як гальмівний елемент без застогазів, замість гальмування, надає ступіні імпульсу сування додаткових пристроїв і відповідного збі 5 70266 6 льшення ваги ступіні, при цьому перелік додаткопершої у напрямку польоту, причому величини вих елементів мінімальний: троси, ПКЗ і піроболти. імпульсів швидкості зменшуються у тій же посліПоділ елементів здійснюється завдяки імпульсам довності, а кожну із секцій відділяють після закіншвидкості від ПКЗ, тиску газів наддування і залишчення процесу відділення попередньої. кової пружності тросів. Секція з найбільшим знаУ прийнятому порядку відділення секцій і поченням балістичного коефіцієнта гальмується бідання імпульсів виключається можливість влученльше ніж інші. Завдяки тому, що вона є ня в аеродинамічну тінь одна одної і забезпечузамикаючою в ланцюгу тіл і першою за часом відється позитивна різниця відносних відстаней ділення, та завдяки послідовному з'єднанню тросуміжних пар від носа до хвоста, а також однознасами усіх секцій ця секція задає конфігурацію та чне формування послідовності. В парах, що слівідстані руху в цій системі, яку умовно можна надують за верхньою, потрібні менші відносні швидзвати "хвостом уперед" (оскільки найважча секція кості відділення, оскільки кожна попередня секція та, де розташований двигун, тому в неї ж і балісвідтягує за собою наступну. Розв'язання поставлетичний коефіцієнт менше). Зменшення балістичної задачі також вимагає якнайшвидшого зменних коефіцієнтів секцій від носа до хвоста і довжишення до нуля кута атаки і заспокоєння складових ни тросів забезпечують секціям вихід із ланцюга відносно вектора швидкості. Верхня (зааеродинамічної тіні одна одної і рух у заданій помикаюча) секція з верхнім днищем верхнього бака слідовності і полегшує відділення. Корпус ступіні задає характер кутового руху всього ланцюга, тонадає «матеріал» для теоретично необмеженого му доцільно поставити задачу розробки способу збільшення числа гальмуючих секцій без істотного якнайшвидшої стабілізації цієї секції відносно набізбільшення маси, ускладнення конструкції, не вигаючого потоку. магає суттєви х доопрацювань існуючих ракет. ПКЗ Це досягається тим, що в розробленому спозабезпечують надійний поділ корпуса на секції й собі спасіння одночасно з відділенням замикаючої подання імпульсів відносної швидкості. Укладання секції у ній вирізують і відокремлюють, наприклад, тросів уздовж твірних корпуса виключає переплуза допомогою подовженого кумулятивного заряду, тування. Троси відтягуються вздовж корпуса до коаксіальний осесиметричний елемент. Вирізаний хвоста ступіні завдяки польотним перевантаженотвір задає орієнтацію цієї секції поздовжньою ням, які майже співпадають з поздовжньою віссю віссю по потоку і цим забезпечує потрібне значенкорпусу. Проміжне кріплення до корпуса здійснюня балістичного коефіцієнту. ється тільки в одному місці - наприкінці петлі поНеобхідно також виключити небезпечне зблиблизу хвоста. Піроболти забезпечують надійне ження секцій між собою, що стається через влувідокремлення тросів від корпусу в цьому місці. чення наступної секції в аеродинамічну тінь попеПружини забезпечують розходження секцій між редньої, тобто забезпечити гарантоване собою і захист тросів від вибухової дії ПКЗ. Жолоформування встановленого порядку руху при мініби та натяг тросів забезпечують фіксацію тросів та мальних витратах часу. Це досягається тим, що самих пружин в бічному та нормальному напрямперед відділенням замикаючої секції корпуса літаках. Пружини затиснуті між вузлами кріплення кінльний апарат попередньо розвертають відносно ців тросів і вивільняються після розходження секвектора швидкості набігаючого потоку на кут атацій і відлітають від корпусу, згоряючи підчас & ки, який знаходиться в діапазоні від 90° - a × t до вільного падіння в атмосфері. Це забезпечує про& 180°, де a - середня швидкість кута атаки за перістоту конструкції, стискування пружин і однозначод часу t від початку розділення ступіні до зменне їх заподіяння після спрацьовування ПКЗ і розшення відстані між будь - якими суміжними секціяділення корпусу. Також виключає поздовжній зсув ми до довжини аеродинамічної тіні. пружин. Застосування надійних і відпрацьованих Дійсно, уже при куті атаки 90° відділення перпірозасобів забезпечує високу надійність і безпеку шої секції призводить до натягування тросів і певикористання на всіх етапах експлуатації ступіні, а рекидання ступіні в напрямку збільшення кута ататакож її швидке переведення в режим гальмуванки. При збільшенні кута атаки понад 90° ня. формування ланцюга з відділених секцій прискоРозв'язання поставленої задачі супроводжурюється. Оскільки секції при відділенні отримують ється деяким ризиком зіткнення відокремлюваних початковий імпульс швидкості, то при куті атаки секцій на перехідному до сталого руху етапі спуску менше 90° їхні відносні відстані спочатку зростасформованої послідовності секцій у зв'язку з можють, але під дією набігаючого потоку починають ливістю їх влучення в аеродинамічну тінь одна зменшуватися, а секції зближатися. Щоб запобігти одної чи небезпечного зближення в парах внаслізменшенню відстаней до значень менших за довдок некомпенсованої пружності тросів. жину попадання в аеродинамічну тінь, цьому знаТому виникає задача розробки способу спаченню має відповідати кут атаки 90°. Тому граничсіння відокремлюваної ступіні ракети і пристроїв & ним зліва буде значення 90° - a × t . для його здійснення з мінімальним ризиком зіткСуть винаходу продемонстрована на кресленнення секцій ступіні і мінімальних швидкостей віднях. носного руху після відділення і до натягування На Фіг.1 зображено загальний вигляд притросів. строю та дії з ним відповідно до способу, на Фіг.2 Поставлена задача вирішується тим, що в зображено вид зверху замикаючої секції пристрою, способі спасіння послідовність балістичних коефіа на Фіг.3 зображено кріплення тросів на корпусі цієнтів секцій зменшують у напрямку польоту, секступіні літального апарату (відокремлюваної ступіції відділяють і додають їм імпульси відносної ні ракети). швидкості послідовно за часом від замикаючої до 7 70266 8 Заявлений винахід реалізується в такий споНа Фіг.3 зображено кріплення тросів на ВС 2 сіб. Ракета 1 (Фіг.1) здійснює політ до моменту вузлами кріплення, кожний з яких представлений відділення ступені 2, що відокремлюється, (ВС). верхнім 20 і нижнім 21 кронштейнами, у яких жорсВС 2 оснащена ПКЗ 3 і тросами 4. Ракета відокретко закріплені відповідні кінці відповідного троса. млює ВС 2 і продовжує виведення наступною стуКріплення встановлені поблизу ПКЗ по обох боках пінню 5 корисного вантажу 6 по траєкторії 7. ВС 2 від нього, що дозволяє скріпити обидва кінці троса здійснює спуск на поверхню Землі по траєкторії 8. і вставити між ними пружини 14, що захи щають Після відділення звільняють від проміжних зв'язків трос від вибуху ПКЗ і забезпечують розходження троси 4. Примусово, чи внаслідок збурень кутової поділених секцій корпусу. На зовнішній стосовно швидкості при поділі ступіней 2 і 5, між подовжкорпуса поверхні пружини виконаний жолоб 21 для ньою віссю 9 ступіні 2 і вектором швидкості центра укладання троса 4. Останній тим самим фіксує мас ступіні 10 відносно набігаючого потоку 11, зропружину від передчасного спрацьовування і бічно& го зсуву з-за бічних і нормальних перевантажень. стає кут атаки. Як тільки він стане рівним 90° - a × t Троси покладені уздовж твірних і не зв'язані між , підривають верхній пояс і пояс верхнього днища собою, що спрощує конструкцію, експлуатацію і ПКЗ 3 і відокремлюють верхню секцію корпуса 12, зборку, виключає переплутування і зачепи між а від неї - осесиметричний коаксіальний елемент собою і корпусом. Кріпляться тільки в одній проміверхнього днища 13. Відділення забезпечується жній крапці - наприкінці петлі, ближче до хвоста. імпульсом сили сумарно від газу наддування, Трос притягнений карабіном 23 за кільце 24 до спрацьовування відповідних поясів ПКЗ 3 і пружин привареного на корпусі ступіні кронштейну 25 і 14, які, у свою чергу, відлітають від корпуса і згозафіксований піроболтом 26. Укладання тросів ряють при подальшому русі в атмосфері. Коаксіауздовж твірних і до хвоста ступіні виключає відрив льний елемент 13 також відокремлюється за рахуі передчасне звільнення їх від проміжних зв'язків, нок сумарного імпульсу сил від свого пояса ПКЗ 3, оскільки в польоті перевантаження і набігаючий газу наддування і набігаючого потоку, потім також потік діють практично уздовж подовжньої осі і зазгоряє в атмосфері. безпечують природний стан «обвисання» уздовж Верхня секція 12 скріплюється з нижньою за корпуса. При відділенні з - за гальмування після допомогою тросів. Вона захоплюється набігаючим розриву піроболта 26 і від'єднання кільця 24 з капотоком і відходить від нижньої секції, троси натярабіном 23 від кронштейна 25 трос розправиться гуються. Частково по інерції і, із збільшенням кута з-за перевантаження протилежного знака. Наяватаки, внаслідок моменту сил, який викликаний ність карабіна дозволяє легке стикування позитивною різницею балістичних коефіцієнтів розстикування при перевірках, підготовці до старту верхньої і нижньої секцій, розділена ступінь розвей інших наземних операціях. ртається. При подальшому наростанні куту атаки Усі пірозасоби, у нашому випадку - ПКЗ і піровідокремлюється наступна, проміжна, секція корболти, є найбільш надійними, неодноразово перепусу ступіні 16. Відділення відбувається за рахунок віреними на практиці, елементами конструкції і імпульсів сил натягу від секції 12, спрацьовування системи керування в ракетній техніці. Використанвідповідних поясів ПКЗ 3 і пружин 14. Усі секції ня всіх пірозасобів здійснюється через електричні ступіні утримуються тросами 4. зв'язки від програмно-часового пристрою. Форма і маса кожної з них підбираються так, Використання заявленого винаходу дозволяє щоб забезпечити в утвореній послідовності секцій забезпечити спасіння відокремлюваної ступіні ракорпуса зменшення їхніх балістичних коефіцієнтів кети з мінімальним збільшенням її маси, мінімальу напрямку поступального руху під час спуску, а ною складністю реалізації, виготовлення й експлудовжини тросів вибирають так, щоб кожна з настуатації, високою надійністю, підвищенням пних у цій послідовності секцій не знаходилася в динамічної стійкості ступіні підчас спуску, максиаеродинамічній тіні попередньої. мально швидким заподіянням, ефективністю на Таким чином, утворений ланцюг секцій корпуусі х швидкостях руху, а також дозволяє реалізацію са 17 завдяки підвищенню заявленим способом на існуючих ракетах при мінімальних обсягах достатичної стійкості, стабілізується відносно векторобок конструкції, технології підготовки до пуску. ра швидкості набігаючого потоку 11 з кутом атаки, Джерела інформації який прискорено наближається до нуля, і летить в 1. RU 2191140 7В64D17/80. атмосфері по траєкторії спуску 18, тоді ж як корис2. US 6076771 А 7В64G1/62./ ний вантаж 6 виходить на орбіту 19. Кількість тро3. JP 2934494В2 4163300 6В64G1/62. сів і їх рівномірний розподіл по периметру ступіні 4. US 3168266. НКВ 244-138. забезпечує рівномірний розподіл зусилля, що від5. RU 2043954 С1 6В64G1/24, С17/00. тягає, на кожну секцію, змушуючи їх рухатися уз6. Герасюта Н.Ф., Новиков А.В., Белецкая Н.Г. Дигоджено. Створення ланцюга приводить до збільнамика полета. Основные задачи динамического шення дисипації енергії нижньої секції за рахунок проектирования ракет. - Днепропетровск: ГКБ стабілізуючого впливу кожної попередній верхньої "Южное", НПЦ "ЭКОСИ-Гидрофизика", 1998. секції і її втрат у гнучких зв'язках, що приводить до 366с. високої динамічної стійкості кутового руху ступіні. 7. US 6158693 А 7В64G1/00. Осесиметричний коаксіальний елемент 13 8. US 3250499. НКВ 244-13. верхнього днища ступіні 2, як зображено на Фіг.2, відрізається зарядом 3, що не становить труднощів. 9 Комп’ютерна в ерстка О. Гапоненко 70266 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601