Швидкознімний механізм з’єднання та розділення стику оболонок обертання

Винахід належить до авіаційно-космічної техніки, і може використовува тися для з'єднання та розділення відсіків ракет-носіїв (РН) і космічних апаратів (КА), а також для кріплення ракет на пускових пристроях. Відомі технічні рішення по пристроях конусно-фланцевих з'єднань оболонок обертання, наприклад, трубопроводів, що часто розбираються, а також силових з'єднань, коли використовують швидкоз'ємне з'єднання з розвідними хомутами, що діють на зовнішні конічні поверхні фланців [2]. До недоліків цих рішень відноситься неможливість дистанційного поділу з'єднаних оболонок. Близькими до запропонованого є пристрої з'єднання та розділення стиків відсіків фірми «Saab Ericsson Space AB» [3] і пристрій, приведений [в описі до винаходу України №69604 А] [4], що включає в себе торцеві шпангоути відсіків із зовнішніми конічними поверхнями, з'єднані дискретними стяжними елементами з відповідними внутрішніми конічними поверхнями, об'єднаними за допомогою стяжної стрічки, стягнутої стяжними пристроями. Основними недоліками цих пристроїв є велика податливість стику (через використання дискретних стяжних елементів), що приводить до зниження парціальної частоти, збільшенню навантажень на стик відсіків і збільшенню амплітуд коливань корисного вантажу, високі вимоги по точності виготовлення елементів пристроїв, що вимагає дорогого оснащення виробництва, а також збільшена вага за рахунок застосування сталевих стяжних стрічок і стяжних пристроїв. Найбільш близьким до запропонованого є пристрій з'єднання та розділення стику КА з РН фірми «CASA» [1], що включає в себе торцеві шпангоути відсіків з конічними зовнішніми поверхнями, з'єднані бандажем, що складається з двох півкілець, з відповідними внутрішніми конічними поверхнями, стягнутих з одного боку, нероз'ємним болтовим з'єднанням, а з іншого боку - за допомогою стяжної шпильки, що перерізається двома дублюючими пірорізаками. До недоліків прототипу відноситься застосування пірорізаків, що створюють віброударний імпульс поблизу КА, спрямований радіально до поверхні шпангоута, що може приводити до ушкодження чуттєви х елементів КА. У прототипі відсутня система відведення бандажа від шпангоутів відсіків, що неминуче приведе до зачепів і, як наслідок, нерегламентованим збурюванням КА при відділенні. Для стягування півкілець бандажа в прототипі застосовуються шпильки зі спеціальних сплавів, що повинні мати дуже стабільні механічні властивості, у тому числі і крихкість. Крихкість матеріалу необхідна для того, щоб при поділі шпильки пірорізаком не утворювався наклеп шпильки до ковадла, що може приводити до неподілу. Однак крихкість матеріалу шпильки призводить до того, що при її поділі утворюється велика кількість осколків, що розлітаються убік КА. Улучення високошвидкісних осколків у прилади, сонячні батареї, датчики, кабелі КА може приводити до їхнього ушкодження чи навіть виходу з ладу. В основу винаходу поставлена задача забезпечити надійне, без зіткнення, розділення відсіків з мінімальним віброударним впливом на елементи конструкції стику і КА, без утворення осколків, а також максимальну жорсткість стику і мінімальну вагу конструкції механізму, при цьому максимально спростити технологію виготовлення і зборки механізму шляхом виконання півкілець бандажа у вільному стані з діаметром внутрішньої конічної поверхні, у якій виконана циліндрична проточка, більше зовнішнього діаметра фланців і виконання на кінцях півкілець заодно з ними фітингів, що стягнуті між собою за допомогою двох пірозамків-штовхачів і стяжних гайок із шайбами, причому пірозамки-штовхачі встановлені тангенціально до зовнішньої поверхні оболонок обертання, а також фіксації корпусів пірозамків-штовхачів і стяжних гайок із шайбами у фітингах стаканами, вкрученими в різьбові отвори, виконані у фітингах, і установки пірозамківштовхачів і стяжних гайок із шайбами у фітинги через сферичні опорні поверхні. Зазначена задача в запропонованому механізмі вирішується за рахунок застосування наступних істотних відмітних ознак: 1. Виконання півкілець бандажа у вільному стані з діаметром внутрішньої конічної поверхні більше діаметра зовнішньої поверхні фланців, що дозволяє без використання додаткових пристосувань зробити зборку механізму і забезпечити рівномірне обтиснення фланців півкільцями бандажа. При розділенні стику оболонок таке виготовлення півкілець бандажа забезпечує рівномірне швидке відведення півкілець від фланців, що дозволяє гарантувати розділення без удару стику оболонок. 2. Внутрішня конічна поверхня півкілець бандажа виконується з циліндричною проточкою, що істотно спрощує те хнологію виготовлення механізму за рахунок зниження вимог по точності виготовлення контактних конічних поверхонь фланців і півкілець бандажа. Виконання проточки дозволяє в більш широкому діапазоні допусків забезпечити гарантований контакт конічних поверхонь механізму. 3. Фітинги на краях півкілець бандажа виконані заодно з півкільцями, що забезпечує високу жорсткість стику, а також мінімальну вагу конструкції механізму. 4. Фітинги півкілець стягнуті між собою за допомогою двох пірозамків-штовхачів і стяжних гайок із шайбами, причому корпуса пірозамків-штовхачів і стяжні гайки із шайбами фіксовані у фітинга х, наприклад за допомогою стаканів, вкручених у різьбові отвори, виконані у фітинга х. Використання пірозамків-штовхачів забезпечує максимально швидке відведення півкілець від фланців, що, поряд з першою ознакою, дозволяє гарантувати розділення без удару стику оболонок. Установка в механізмі двох пірозамків-штовхачів підвищує надійність розділення стику, тому що спрацьовування хоча б одного пірозамка-штовхача гарантує звільнення фланців. Крім цього використання пірозамків-штовхачів дозволяє гарантувати відсутність осколків при спрацьовуванні механізму, тому що пірозамок-штовхач при спрацьовуванні поділяється на корпус і болт із нагвинченою на нього стяжною гайкою із шайбою без утворення осколків. 5. Пірозамки-штовхачі встановлюються тангенціально до зовнішньої поверхні оболонок обертання, що дозволяє мінімізувати віброударний вплив піроелемента, що спрацював, на фланці оболонок, що стикуються. При такому розташуванні пірозамків-штовхачів імпульс направляється на відведення півкілець бандажа. 6. Пірозамки-штовхачі і шайби стяжних гайок виконані зі сферичними опорними поверхнями, через які вони спираються на фітинги, наділені сферичними вибірками, що дозволяє уникнути виникнення «паразитних» моментів, що впливають на півкільця бандажа при зборці механізму. Це, у свою чергу, виключає необхідність додаткового посилення конструкції півкілець і пірозамків-штовхачів, а значить і збільшення їхньої маси. Сукупність нових істотних відмінних ознак і відомих істотних ознак (стик двох оболонок обертання, постачених фланцями з конічною зовнішньою поверхнею, скріплених між собою за допомогою поділюваного бандажа, утвореного двома півкільцями з конічною внутрішньою опорною поверхнею) забезпечує рішення поставленої задачі. Сутність винаходу пояснюється кресленнями і фотографіями, де: на Фіг.1 схематично зображений механізм з'єднання та розділення стику оболонок обертання в положенні перед зборкою; на Фіг.2 схематично зображений механізм з'єднання та розділення стику оболонок обертання в зібраному положенні; на Фіг.3 зображений перетин А-А Фіг.2, де збільшено показані фланці і бандаж у зібраному положенні; на Фіг.4 зображений перетин механізму по стику оболонок, де збільшено показаний один з пірозамківштовхачів зі стяжною гайкою із шайбою; на Фіг.5 зображений перетин А-А Фіг.2, де збільшено показані фланці і бандаж у положенні після спрацьовування механізму; на Фіг.6 зображений перетин механізму по стику оболонок обертання, де збільшено показаний один з пірозамків-штовхачів зі стяжною гайкою із шайбою в положенні після спрацьовування; на фото 1 зображений механізм з'єднання та розділення стику оболонок обертання в зібраному положенні; на фото 2 зображений механізм з'єднання та розділення стику оболонок обертання в стані після спрацьовування. На кресленнях і фото зображений швидкоз'ємний механізм з'єднання та розділення стику оболонок обертання, що включає в себе дві оболонки обертання 1 і 2 , постачені фланцями з конічними зовнішніми поверхнями 3 і 4, скріплені між собою за допомогою поділюваного бандажа 5. Бандаж 5 складається з двох півкілець 6 і 7, внутрішня конічна поверхня 8 яких має циліндричну проточку 9 і у вільному стані більше діаметра зовнішніх поверхонь 3 і 4 фланців. На кінцях півкілець 6 і 7 заодно з ними виконані фітинги 10. Фітинги 10 півкілець 6 і 7 бандажа 5 стягнуті між собою за допомогою пірозамків-штовхачів 11 зі сферичною опорною поверхнею 12, установлених тангенціально до зовнішньої поверхні бандажа 5, і стяжних гайок 13, що спираються на фітинг через шайби 14 зі сферичною опорною поверхнею. Корпуса 15 пірозамків-штовхачів 11 і стяжні гайки 13 нагвинчені на болти 16 пірозамка-штовхача 11 і фіксовані у фітингах 10, наприклад, за допомогою стаканів 17 і 18, укручених у різьбові отвори, виконані у фі тингах 10. Працює швидкоз'ємний механізм у такий спосіб. Після стикування оболонок обертання 1 і 2 на фланці з конічними зовнішніми поверхнями 3 і 4 надягають два півкільця 6 і 7 бандажа 5 і стягають їх між собою пірозамками-штовхачами 11, нагвинчуючи на болти 16 стяжні гайки 13. Сферичні шайби 14, провертаючись, компенсують неперпендикулярність полиць фітингів 10 і подовжньої осі пірозамка 11. Конічні зовнішні поверхні 3 і 4 фланців входять у контакт із внутрішньою конічною поверхнею 8 бандажа 5. При цьому циліндрична проточка 9 виключає контакт фланців з бандажем по. циліндричних поверхнях. Потім фіксують корпуса 15 пірозамків-штовхачів 11 і стяжні гайки 13 стаканами 17 і 18, укручуючи їх у різьбові отвори, виконані у фітингу 10. По команді системи керування спрацьовують пірозамки-штовхачі 11, що розділяються на корпус 15 і болт 16 з гайкою 13 та надають імпульс, що розштовхує, півкільцям 6 і 7 бандажа 5. Півкільця 6 і 7 бандажа 5 під впливом імпульсу пірозамків-штовхачів 11 і власної пружності відводяться від фланців оболонок 1 і 2, тим самим звільняючи стик оболонок 1 і 2. Таким чином, при застосуванні винаходу, що заявляється, буде досягнутий наступний технічний результат: буде забезпечене надійне, без утворення осколків, розділення відсіків без зіткнення з мінімальним віброударним впливом на елементи конструкції стику і КА, забезпечена максимальна жорсткість стику і мінімальна вага конструкції механізму, при цьому максимально спрощена технологія виготовлення і зборки механізму. На даний час виготовлені дослідна конструкція і почато експериментальне відпрацьовування представленого в заявці механізму. Отримано перші результати, що підтверджують очікуваний технічний результат. Джерела інформації: 1. Аrіаnе 5. User's Manual. Adaptor 1194Н, p.A8-2.1-A8-2.9, ARIANESPACE, France, 2000. 2. П.И.Орлов «Основы конструирования»: Справочно-методическое пособие, кн.2, Конусно-фланцевые соединения, стр.206, М, Машиностроение, 1988. 3. Saab Ericsson Space AB « Adapters and Separation Systems Product Presentation», D-LR-HO-5071-SE. 4. Патент України №69604 A, F41F3/052, F42B15/36, пул. 15.09.2004р.