замковое устройство

Формула изобретения

Замковое устройство, содержащее удерживающий элемент, разрушаемый элемент и устройство разрушения разрушаемого элемента, отличающееся тем, что удерживающий и разрушаемый элементы разделены, причем в качестве удерживающего элемента использован подпружиненный шток с установленным элементом связи с отделяемым объектом или элементом конструкции, перемещающийся в корпусе замкового устройства перпендикулярно к направлению перегрузок со стороны отделяемого объекта, а в качестве разрушаемого элемента использована нить, фиксирующая шток в положении удержания отделяемого объекта и плотно прилегающая за счет размещения точек крепления нити за пределами цилиндрической образующей спирали накаливания и натяжного устройства к спирали накаливания, размещенной в корпусе, при этом разрушение разрушаемого элемента (нити) производится путем пережигания при подаче напряжения на спираль накаливания без применения пиросредств и при отсутствии отделяющихся частей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к средствам крепления различных отделяющихся объектов и элементов конструкции от несущей конструкции космических аппаратов (КА) и может быть использовано в области ракетно-космической техники.

Известно замковое устройство - пирочека (см. Колесников К.С., Козлов В.И., Кокушкин В.В. Динамика разделения летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1977, с.20-22), состоящая из корпуса, штока с поршнем и пиропатрона. Шток пирочеки входит в отверстие отделяющегося объекта. При срабатывании (подрыве) пиропатрона шток перемещается, освобождая отделяющийся объект или элемент конструкции.

Недостатками данного устройства являются высокие динамические нагрузки при срабатывании, повышенная масса, необходимость наличия элемента, удерживающего шток в рабочем положении до срабатывания, трудности компоновки и монтажа на КА, а также необходимость повышенных мер безопасности при работе с пиропатроном.

Известно замковое устройство - шариковый пирозамок (см. Колесников К.С., Козлов В.И., Кокушкин В.В. Динамика разделения летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1977, с.20-22), состоящий из пиропатрона, казенника, корпуса, поршня, чеки, гайки, штока, гильзы и шариков. При срабатывании (подрыве) пиропатрона поршень перемещает шток и под воздействием толкателей (не входят в шариковый пирозамок) шарики выходят из зацепления с корпусом, перемещаясь в полость между гильзой и проточкой штока и освобождая отделяющийся объект или элемент конструкции.

Недостатками данного устройства является его сложность, пониженная надежность, трудности при зачековке отделяемого объекта, а также необходимость повышенных мер безопасности при работе с пиропатроном.

В результате анализа патентной и научно-технической литературы в качестве прототипа выбрано замковое устройство - пироболт (см. Колесников К.С., Козлов В.И., Кокушкин В.В. Динамика разделения летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1977, с.20-22).

Пироболт состоит из разрушаемого элемента - корпуса пироболта и пиропатрона. При срабатывании (подрыве) пиропатрона разрушается корпус пироболта, ослабленный глубоким надрезом, расположенным у дна полости с пиропатроном, освобождая отделяющийся объект или элемент конструкции.

Недостатками данного устройства является его пониженная надежность (наличие концентратора напряжений - глубокого надреза), так как разрушаемый элемент одновременно является и удерживающим (силовым), высокие динамические нагрузки (удар) при срабатывании ввиду необходимости большого усилия для разрыва болта, возникновение при срабатывании разлетающихся с большой скоростью осколков корпуса, возможность прохождения ложных команд на КА и отделяемом объекте вследствие виброперегрузок, возникающих при срабатывании пироболта, а также необходимость повышенных мер безопасности при работе с пиропатроном.

Целями предлагаемого замкового устройства являются:

- повышение надежности замкового устройства;

- снижение динамических нагрузок на несущую конструкцию и отделяемый объект от замкового устройства при его срабатывании;

- безопасность работы замкового устройства;

- безопасность работы с замковым устройством.

Для достижения поставленных целей в предлагаемом замковом устройстве удерживающий и разрушаемый элемент разделены, причем в качестве удерживающего элемента использован подпружиненный шток с установленным элементом связи с отделяемым объектом или элементом конструкции, перемещающийся в корпусе замкового устройства перпендикулярно к направлению перегрузок со стороны отделяемого объекта, а в качестве разрушаемого элемента использована нить, фиксирующая шток в положении удержания отделяемого объекта и плотно прилегающая за счет размещения точек крепления нити за пределами цилиндрической образующей спирали накаливания и натяжного устройства к спирали накаливания, размещенной в корпусе, при этом разрушение разрушаемого элемента (нити) производится путем пережигания при подаче напряжения на спираль накаливания без применения пиросредств и при отсутствии отделяющихся частей.

На фиг.1 представлен вид замкового устройства в положении удержания отделяемого объекта или элемента конструкции (элементы замкового устройства зафиксированы).

На фиг.2 представлены разрезы А-А и Б-Б на фиг.1.

На фиг.3 представлен вид замкового устройства при расфиксированном положении его элементов.

В состав замкового устройства входит корпус 1, на котором крепятся:

- две изолирующие втулки 2;

- две спирали накаливания 3 (основная и резервная);

- натяжное устройство в виде винта 4 и двух гаек 5;

- телеметрический датчик срабатывания замкового устройства (отход отделяемого объекта) 6;

- разъемы электрического интерфейса замкового устройства 7;

- крышка корпуса 8

- гильза 9;

- шток 10 с ухом 11;

- пружина 12.

Кроме того, в состав замкового устройства входит нить 13 и элемент связи с отделяемым объектом в виде проушины 14 с установленным сферическим подшипником 15 (для компенсации угловых погрешностей установки замкового устройства).

Сборка замкового устройства производится следующим образом:

- пружина 12 и шток 10 в сборе с ухом 11 устанавливаются в гильзу 9, которая, в свою очередь, устанавливается в корпус 1 (расфиксированное положение элементов замкового устройства);

- нить 13 подвязывается к уху 11 штока 10 и пропускается через спирали накаливания 3;

- в проушину корпуса устанавливается элемент связи с отделяемым объектом, после чего шток 10 переводится в положение удержания отделяемого объекта, причем шток 10 проходит через посадочное отверстие сферического подшипника 15 проушины 14 (зафиксированное положение элементов замкового устройства);

- свободный конец нити подвязывается к винту 4 натяжного устройства, после чего за счет гаек 5 производится натяжение нити 13 (ввиду того, что точки крепления нити 13 выходят за пределы цилиндрической образующей спирали накаливания 3, нить 13 плотно ложится на витки спирали накаливания 3).

Замковое устройство полностью собрано и находится в положении удержания отделяемого объекта.

При установке замковое устройство крепится на несущей конструкции и проушина 14 стыкуется с отделяемым объектом, при этом в конструкции отделяемого объекта должен быть предусмотрен механический элемент контактирования с телеметрическим датчиком срабатывания замкового устройства (отход отделяемого объекта) 6.

Для срабатывания замкового устройства на спирали накаливания 3 подается напряжение, нить 13 перегорает, расфиксируя шток 10, который, перемещаясь под действием пружины 12, освобождает из зацепления элемент связи с отделяемым объектом (проушина 14 с установленным сферическим подшипником 15). Происходит отход отделяемого элемента и телеметрический датчик срабатывания замкового устройства 6 фиксирует факт отхода отделяемого элемента.

Расчеты, проведенные автором, а также натурные испытания устройства в составе штатного изделия и стендовые испытания в составе отработочных изделий показали высокую эффективность и безопасность предложенного технического решения для крепления различных отделяющихся объектов и элементов конструкции к несущей конструкции КА. При проведении стендовых испытаний предложенной конструкции замкового устройства с макетом отделяемого объекта, по своим массово-инерционным характеристикам, аналогичным штатному, было установлено:

- предлагаемое замковое устройство выдерживает высокие вибрационные и ударные нагрузки;

- при срабатывании предлагаемого замкового устройства практически отсутствуют динамические нагрузки на несущую конструкцию;

- при срабатывании предлагаемого замкового устройства динамические нагрузки на отделяемый объект нагрузки не передаются;

- время срабатывания предлагаемого замкового устройства не превышает двух секунд;

- при срабатывании предлагаемого замкового устройства отсутствуют отделяющиеся части;

- предлагаемое замковое устройство может быть использовано многократно (при условии замены нити);

- при работе с предлагаемым замковым устройством отсутствует необходимость в повышенных мерах безопасности.

Заявленное устройство по сравнению с прототипом обладает существенными отличиями и обеспечивает высокую надежность и безопасность работы.