RU2369534C1

RU2369534C1 - Device for dividing nose fairing halves

Info

Publication number: RU2369534C1
Application number: RU2008101745/11A
Authority: RU
Inventors: Василий Ефимович Ткач (RU); Василий Ефимович Ткач; Алексей Дмитриевич Дукин (RU); Алексей Дмитриевич Дукин; Николай Илларионович Лаптев (RU); Николай Илларионович Лаптев; Василий Иванович Мордасов (RU); Василий Иванович Мордасов; Вениамин Валентинович Пойлов (RU); Вениамин Валентинович Пойлов
Priority date: 2008-01-16
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2009-10-10
Also published as: RU2008101745A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: device has longitudinal units for dividing shells of the nose fairing, made from two parts, between which there is a detonating cord, and units for attaching the nose fairing half to the carrier rocket. The detonating cord is placed along the perimetre of the fairing in a closed volume, which is encircled by an adapter, made from two parts which overlap each other and are joined by fastening elements, fitted diametrically and oppositely in the plane of division of the nose fairing halves. Cavities formed in the closed volume, as well as between the inner surface of the adapter and outer surface of the closed volume are filled with porous material. At places where the adapter is attached to units for dividing the shells of the nose fairing, there are gaps fitted with sock absorbers.

EFFECT: reduced vibroimpact load on the structure of the rocket and spacecraft upon explosion of the detonating cord and increased reliability of the device and easier assembling of the nose fairing.

3 dwg

Description

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано при проектировании систем отделения створок головных обтекателей многоступенчатых ракет с большими габаритами полезного груза (ПГ).The invention relates to rocket and space technology and can be used in the design of systems for separating the valves of the head fairings of multi-stage rockets with large dimensions of the payload.

Головной обтекатель (ГО) предохраняет ПГ на атмосферном участке полета ракеты от воздействия аэродинамических нагрузок и тепловых потоков. После прохождения плотных слоев атмосферы, ГО отделяется от ракеты как пассивная масса.The head fairing (GO) protects the GHG in the atmospheric portion of the flight of the rocket from the effects of aerodynamic loads and heat fluxes. After passing through the dense atmosphere, the GO separates from the rocket as a passive mass.

В ракетно-космической технике получила широкое распространение схема отделения двухстворчатого ГО с применением толкателей разворота и сброса створок (см. Грабин Б.В. и др. Основы конструирования ракет-носителей космических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1991, с.288, 298). Конструкция такого ГО содержит устройство разделения створок по продольному стыку, узлы крепления створок к ракете-носителю (РН), толкатели, узлы разворота, толкатели сброса створок. Устройство разделения продольного стыка створок ГО состоит из установленных по стыку рычажных или шариковых замков, соединенных между собой и с наконечником ГО тягами и раскрывающихся при помощи привода. Многолетняя эксплуатация такой конструкции ГО на РН типа «Союз» показала высокую надежность, однако не лишенную недостатков: с увеличением габаритов ГО значительно возрастает количество замков рычажного типа и, как следствие, при монтаже и регулировке возрастает влияние «человеческого фактора» на надежность срабатывания системы отделения ГО.In rocket and space technology, the separation scheme of a two-winged GO with the use of pushers for turning and flapping valves (see Grabin B.V. et al. Fundamentals of designing spacecraft launch vehicles) was widely used. - M .: Mashinostroenie, 1991, p. 288, 298). The design of such a GO includes a device for separating the flaps along the longitudinal joint, attachment points for flaps to the launch vehicle (LV), pushers, pivot points, pushers for venting the flaps. The device for separating the longitudinal joint of the GO flaps consists of lever or ball locks installed at the joint, connected to each other and to the GO tip by rods and opened by means of a drive. The long-term operation of such a civil defense design on Soyuz type LVs showed high reliability, but not without drawbacks: with an increase in the civil defense dimensions, the number of lever-type locks increases significantly and, as a result, the human factor influences the reliability of the separation system operation during installation and adjustment GO.

Так, на ГО РН типа «Союз» с учетом его габаритов, условий эксплуатации и обеспечения необходимой прочности ГО, установлены по продольному стыку створок 64 замка рычажного типа. Это приводит к увеличению веса ГО и требуемой зоны размещения замков, к снижению надежности отделения ГО и усложняет техпроцесс сборки ГО.So, on the GO of the Soyuz type LV, taking into account its dimensions, operating conditions and ensuring the necessary strength of the GO, they are installed along the longitudinal joint of the leaflets 64 of the lever type lock. This leads to an increase in the weight of GO and the required area for placing locks, to a decrease in the reliability of the separation of GO and complicates the assembly process of GO.

Известна многоступенчатая ракета (см. патент №2076058 RU), в которой имеется устройство продольных узлов разделения оболочки головного обтекателя, выполненных в виде двух частей металлического лонжерона, соединенных каждая со створками по разные стороны сквозного паза и между собой заклепочными швами, а в зазоре между частями лонжерона установлен детонирующий удлиненный заряд (ДУЗ).Known multi-stage rocket (see patent No. 2076058 RU), in which there is a device for the longitudinal nodes of the separation of the shell of the head fairing, made in the form of two parts of a metal spar, each connected with the wings on opposite sides of the through groove and between the rivets, and in the gap between parts of the spar mounted detonating elongated charge (DL).

Такая конструкция лишена недостатков аналога, однако имеет ряд недостатков.This design is devoid of the disadvantages of the analogue, but has a number of disadvantages.

Разделение продольного стыка створок ГО таким устройством производится под воздействием импульса срабатывания ДУЗ, обеспечивающего сначала разрушение заклепочного соединения устройства, а затем придание разделившимся створкам необходимой линейной скорости для безударного отхода их от РН.The separation of the longitudinal joint of the GO cusps by such a device is carried out under the influence of a DUZ triggering pulse, which first ensures the destruction of the rivet connection of the device, and then gives the divided cusps the necessary linear speed for unstressed departure from the LV.

Установка ДУЗ непосредственно в зазоре между частями лонжерона создает при взрыве значительные виброударные нагрузки на конструкцию РН.The installation of remote sensing systems directly in the gap between the parts of the spar creates significant vibro-shock loads on the LV structure during the explosion.

Так как энергетика ДУЗ определяется с учетом необходимости обеспечения требуемой линейной скорости отделения створок ГО, масса ДУЗ значительно возрастает с увеличением габаритов и веса отделяемых створок и, соответственно, приводит к увеличению виброударных импульсов на конструкцию РН. Так, масса ДУЗ для отделения створок ГО РН типа «Союз» достигает ~2 кг в тротиловом эквиваленте. Взрыв такого заряда на борту ракеты может привести к отказу приборов, установленных в непосредственной близости к срабатываемому заряду.Since the energy of remote sensing is determined taking into account the need to ensure the required linear speed of separation of the flaps GO, the mass of remote sensing significantly increases with increasing dimensions and weight of the detached flaps and, accordingly, leads to an increase in vibration impulses to the LV structure. So, the mass of DUZ for separating the shutters of the Soyuz type LV reaches ~ 2 kg of TNT. An explosion of such a charge on board a rocket can lead to the failure of devices installed in close proximity to the triggered charge.

Кроме того, при работе такого устройства в окружающее пространство вылетает значительное количество образующихся при взрыве газов, пламени, осколков, которые могут повредить конструкцию космического аппарата (КА), находящегося под обтекателем. При установке такого устройства на ГО должны проводиться работы по установке заклепочных швов при соединении частей лонжерона между собой вблизи установленного в устройстве ДУЗ. Еще более сложной становится технология работ при необходимости демонтажа ГО (например, при разборке в случае вынужденного снятия ее с пускового устройства).In addition, during the operation of such a device, a significant amount of gases, flames, and fragments generated during the explosion fly out into the surrounding space, which can damage the structure of the spacecraft (SC) located under the fairing. When installing such a device on GO, work must be carried out to install rivet joints when connecting the spar parts to each other near the remote control installed in the device. The work technology becomes even more complicated when it is necessary to dismantle the GO (for example, during disassembly in the event of a forced removal from the starting device).

Технической задачей изобретения является снижение уровня виброударного нагружения конструкции ракеты и КА при взрыве ДУЗ, устранение попадания продуктов взрыва ДУЗ в зону размещения КА, повышение надежности устройства и упрощение технологии сборки ГО.An object of the invention is to reduce the level of vibrational loading of the rocket and spacecraft design during the explosion of a remote sensing device, eliminating the penetration of the products of the explosion of a remote sensing device into the spacecraft placement zone, increasing the reliability of the device and simplifying the assembly technology of GO.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве разделения оболочки ГО, выполненном из двух частей, между которыми расположен ДУЗ и узлы крепления створок ГО к РН, ДУЗ размещен по периметру ГО в замкнутой емкости, которая охвачена адаптером, выполненным из двух частей, соединенных между собой внахлестку с помощью фиксирующих элементов, установленных диаметрально противоположно в плоскости разделения створок обтекателя, а образованные полости в самой замкнутой емкости, а также между внутренней поверхностью адаптера и наружной поверхностью замкнутой емкости заполнены пористым материалом, причем в местах крепления адаптера к узлам разделения оболочек ГО выполнены зазоры и установлены амортизаторы.The problem is solved in that in the known device for separating the shell GO, made of two parts, between which there are DUZs and attachment points of the leaves of the GO to the LV, DUZ is placed along the perimeter of the GO in a closed container, which is covered by an adapter made of two parts connected between lap with the help of fixing elements installed diametrically opposite in the plane of separation of the fairing flaps, and the formed cavities in the closed container itself, as well as between the inner surface of the adapter and the outside second closed vessel filled with a porous material surface, and wherein gaps formed dampers installed at fixing the adapter to the nodes GO separation membranes.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлена схема размещения устройства разделения створок ГО; на Фиг.2 показано сечение А-А; на Фиг.3 показано сечение Б-Б, поясняющее конструкцию устройства разделения створок ГО.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the layout of the device for the separation of the cusps of GO; figure 2 shows a section aa; figure 3 shows a section bB, explaining the design of the device for separating the cusps of GO.

1, 2 - створки ГО;1, 2 - leaflets GO;

3 - устройство разделения створок ГО;3 - device for the separation of leaflets;

4 - ракета-носитель;4 - booster;

5 - пирозамки;5 - pirozamki;

6 - узлы вращения створок;6 - nodes rotation of the valves;

7 - механические замки с толкателями;7 - mechanical locks with pushers;

8 - пневмотолкатели;8 - pneumatic pushers;

9, 10 - продольные узлы разделения створок;9, 10 - longitudinal nodes of the separation of the valves;

11 - болтовое соединение;11 - bolted connection;

12 - детонирующий удлиненный заряд;12 - detonating elongated charge;

13 - замкнутая емкость;13 - closed capacity;

14, 15 - части адаптера;14, 15 - parts of the adapter;

16 - фиксирующий элемент;16 - fixing element;

17 - пористый материал;17 - porous material;

18 - зазоры;18 - gaps;

19 - амортизаторы;19 - shock absorbers;

20, 21 - электродетонаторы.20, 21 - electric detonators.

Устройство содержит створки 1 и 2 ГО, которые соединены устройством разделения 3 по образующей ГО, а с РН 4 соединены пирозамками 5. Узлы вращения 6 створок снабжены механическими замками с пружинными толкателями 7 отделения створок. На каждой створке установлено по два пневмотолкателя 8.The device contains flaps 1 and 2 of the GO, which are connected by a separation device 3 along the generatrix of the GO, and connected to the pH 4 with pyro locks 5. Rotation units 6 of the wings are equipped with mechanical locks with spring pushers 7 of the separation of the wings. Two valves 8 are installed on each leaf.

Устройство содержит продольные узлы разделения, состоящие из двух частей 9 и 10 соответственно, соединенных каждая с оболочкой ГО болтовыми соединениями 11. Между продольными узлами разделения створок установлен ДУЗ 12, размещенный в замкнутой емкости 13, охваченной адаптером, выполненным из двух частей 14 и 15, соединенных внахлестку с помощью фиксирующих элементов 16 (запрессованных штифтов), установленных диаметрально противоположно в плоскости разделения створок 1, 2. Внутренние полости между ДУЗ 12 и замкнутой емкостью 13 и между внутренней поверхностью частей адаптера 14 и 15 и наружной поверхностью замкнутой емкости 13 заполнены пористым материалом 17. В качестве пористого материала используется заливочный материал «Компаунд». В местах крепления частей адаптера 14 и 15 к узлам разделения створок 1, 2 ГО выполнены зазоры 18 и установлены амортизаторы 19. ДУЗ 12 взаимодействует с электродетонаторами 20,21.The device contains longitudinal separation nodes, consisting of two parts 9 and 10, respectively, each connected to the shell of the bolt bolt joints 11. Between the longitudinal separation nodes of the shutters is installed DUZ 12, placed in a closed container 13, covered by an adapter made of two parts 14 and 15, overlapped by means of fixing elements 16 (pressed pins) installed diametrically opposite in the plane of separation of the valves 1, 2. Internal cavities between the ARC 12 and the closed tank 13 and between the inner the surface of the adapter parts 14 and 15 and the outer surface of the closed container 13 are filled with porous material 17. As the porous material, the compound compound material is used. In the places of fastening of the adapter parts 14 and 15 to the separation nodes of the flaps 1, 2 GO, gaps 18 are made and shock absorbers 19 are installed. ДУЗ 12 interacts with electric detonators 20,21.

При отделении ГО подаются соответствующие команды на срабатывание замков 5, соединяющих ГО с РН, на взведение пневмотолкателей 8 и на срабатывание устройства 3 разделения створок 1, 2.When separating the GO, appropriate commands are issued for triggering the locks 5 connecting the GO with the LV, for cocking the pneumatic followers 8 and for triggering the device 3 for separating the wings 1, 2.

Под действием пневмотолкателей 8, разделившиеся створки 1, 2 вращаются в узлах 6 и при достижении заданного угла разворота срабатывают механические замки, и толкатели 7 отталкивают створку от РН.Under the influence of pneumatic pushers 8, the divided shutters 1, 2 rotate in nodes 6 and, when the specified turning angle is reached, mechanical locks are activated, and the push rods 7 push the shutter away from the pH.

Устройство 3 разделения створок 1,2 работает следующим образом.The device 3 of the separation of the wings 1,2 works as follows.

При подаче электрического импульса на мостики электродетонаторов 20 и 21 последние, срабатывая, инициируют ДУЗ. Под действием образовавшихся продуктов детонации емкость 13 деформируется и создает распорный импульс силы, который передается через демпфирующий материал 17 на части 14 и 15 адаптера, которые начинают перемещаться друг относительно друга и срезают фиксирующие элементы (штифты) 16, после чего адаптер распадается. Остаточная кинематическая энергия разделившихся частей 14, 15 адаптера гасится амортизаторами 19.When an electrical impulse is applied to the bridges of the electric detonators 20 and 21, the latter, triggering, initiate DPS. Under the action of the resulting detonation products, the capacitance 13 is deformed and creates a force impulse, which is transmitted through the damping material 17 to the adapter parts 14 and 15, which begin to move relative to each other and cut off the locking elements (pins) 16, after which the adapter breaks up. The residual kinematic energy of the divided parts 14, 15 of the adapter is damped by the shock absorbers 19.

После срабатывания адаптера жесткая связь между створками 1, 2 ГО нарушается, и под действием пневмотолкателей 8 они переходят во вращательное движение и отделяются от РН.After the adapter is activated, the rigid connection between the flaps 1, 2 GO is broken, and under the influence of pneumatic pushers 8 they go into rotational motion and are separated from the pH.

Наличие в предложенном устройстве адаптера, охватывающего емкость 13 с помещенным в ней ДУЗ 12, и состоящего из двух частей 14 и 15, имеющих возможность свободного перемещения после среза фиксирующих элементов 16, благодаря имеющемуся зазору 18, позволяет локализовать виброударный и расталкивающий импульсы, возникающие при срабатывании устройства.The presence in the proposed device of the adapter, covering the tank 13 with a DLD 12 placed in it, and consisting of two parts 14 and 15, which can be freely moved after cutting the locking elements 16, thanks to the existing gap 18, allows you to localize the shock and repulsive pulses that occur when triggered devices.

Амортизаторы 19, установленные в зазорах 18 между частями адаптера 14, 15 и продольными узлами разделения створок 9, 10, уменьшают величины ударного воздействия разделившихся частей адаптера на конструкцию створок ГО.Shock absorbers 19 installed in the gaps 18 between the parts of the adapter 14, 15 and the longitudinal nodes of the separation of the flaps 9, 10, reduce the impact of the divided parts of the adapter on the design of the flaps GO.

Предложенная конструкция устройства позволяет расчетно-эксперементальным методом подобрать оптимальную величину массы заряда, обеспечивающую надежное срабатывание адаптера (срез штифтов) и снижение до минимального уровня виброударного воздействия взрыва ДУЗ на конструкцию ГО.The proposed design of the device allows the calculation and experimental method to select the optimal value of the mass of the charge, ensuring reliable operation of the adapter (cut pins) and reduce to a minimum level of vibration impact of the explosion of remote sensing on the design of GO.

Так как ДУЗ срабатывает в замкнутой емкости, выход продуктов детонации заряда в окружающее пространство полностью исключается.Since the DLD is triggered in a closed tank, the output of the products of charge detonation into the surrounding space is completely eliminated.

При определении мощности ДУЗ предложенного устройства нет необходимости ее увеличивать для обеспечения створкам ГО линейной скорости отделения, т.к. отделение створок осуществляется толкателями. Уменьшение значения требуемой массы заряда в предложенном устройстве по сравнению с прототипом, существенно снижает уровень виброударных воздействий устройства на конструкцию РН. Так, применительно к ГО РН типа «Союз», масса заряда предлагаемого устройства снижается ~ в 5 раз.When determining the power of the remote sensing device of the proposed device, there is no need to increase it to provide the shutters with linear separation speed, because the sash is separated by pushers. The decrease in the value of the required mass of charge in the proposed device compared with the prototype, significantly reduces the level of vibration impacts of the device on the design of the LV. So, with reference to the Soyuz type rocket, the mass of the charge of the proposed device is reduced ~ 5 times.

Наличие пористого материала между зарядом и стенками емкости и между внутренней поверхностью адаптера и емкостью обеспечивает фиксированное положение заряда в адаптере и предохраняет его от возможных повреждений в процессе эксплуатации РН, а также снижает уровень виброударных нагрузок на конструкцию адаптера при его срабатывании. Соединение частей адаптера внахлестку создает базу для направленного перемещения частей на начальном участке, что необходимо для надежного разрушения фиксирующих элементов. Этому же способствует диаметрально-противоположное расположение штифтов в плоскости разделения створок.The presence of porous material between the charge and the walls of the container and between the inner surface of the adapter and the container provides a fixed position of the charge in the adapter and protects it from possible damage during the operation of the launch vehicle, and also reduces the level of vibration shock loads on the design of the adapter when it is triggered. The connection of the parts of the adapter lap creates the basis for the directional movement of the parts in the initial section, which is necessary for reliable destruction of the locking elements. The diametrically opposite arrangement of the pins in the plane of separation of the wings contributes to this.

Перечисленные выше признаки конструкции устройства обеспечивают высокую надежность срабатывания как самого адаптера, так и устройства в целом.The above design features of the device provide high reliability of operation of both the adapter itself and the device as a whole.

При соединении створок ГО предложенным устройством упрощается техпроцесс сборки (или разборки) ГО, заключающийся в затяжке гаек винтов адаптера.When connecting the leaves of the proposed device simplifies the assembly process (or disassembly) of the GO, which consists in tightening the nuts of the adapter screws.

Таким образом, применение предложенной конструкции устройства разделения створок ГО РН типа "Союз" позволяет решить поставленные задачи: снизить уровень виброударного нагружения конструкции РН и КА при взрыве ДУЗ, устранить попадание продуктов взрыва ДУЗ в зону размещения КА, повысить надежность отделения ГО и упростить технологию сборки ГО.Thus, the use of the proposed design of the Soyuz LV LV shutter separation device makes it possible to solve the following problems: reduce the level of vibration shock loading of the LV and spacecraft structure during the explosion of a remote sensing device, eliminate the penetration of the products of the remote sensing explosion into the spacecraft placement zone, increase the reliability of the GO separation and simplify the assembly technology GO.

Claims

Устройство разделения створок головного обтекателя ракеты-носителя, содержащее продольные узлы разделения оболочки головного обтекателя, выполненные из двух частей, между которыми расположен детонирующий удлиненный заряд, и узлы крепления створок головного обтекателя к ракете-носителю, отличающееся тем, что детонирующий удлиненный заряд размещен по периметру обтекателя в замкнутой емкости, которая охвачена адаптером, выполненным из двух частей, соединенных между собой внахлестку с помощью фиксирующих элементов, установленных диаметрально противоположно в плоскости разделения створок обтекателя, а образованные полости в самой замкнутой емкости, а также между внутренней поверхностью адаптера и наружной поверхностью замкнутой емкости заполнены пористым материалом, причем в местах крепления адаптера к узлам разделения оболочки головного обтекателя выполнены зазоры и установлены амортизаторы. A device for separating the flaps of the head fairing of the launch vehicle, comprising longitudinal knots for separating the shell of the head fairing made of two parts between which the detonating elongated charge is located, and nodes for fastening the flaps of the head fairing to the booster, characterized in that the detonating elongated charge is placed around the perimeter fairing in a closed container, which is covered by an adapter made of two parts, interconnected by lap with the help of fixing elements installed in diameter it is oppositely opposite in the plane of separation of the fairing flaps, and the formed cavities in the closed container itself, as well as between the inner surface of the adapter and the outer surface of the closed container, are filled with porous material, and gaps and shock absorbers are made at the points where the adapter is attached to the separation sections of the head fairing shell.