RU2717287C1 - Sealing mechanism of joint of docking units - Google Patents

Abstract

FIELD: space equipment.

SUBSTANCE: invention relates to space engineering, particularly, to docking units of spacecrafts. Sealing mechanism of joint of docking assemblies includes active and passive frames with systems of locks with hooks, electric drives and sensors. Also there is an end seal. Seal is made hollow and filled with low-melting metal. Electric face heaters are fixed under face seal.

EFFECT: higher reliability of docking.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано для обеспечения герметичного соединения стыковочных агрегатов (СТА) космических аппаратов.The invention relates to space technology and can be used to provide a tight connection of docking units (CTA) of spacecraft.

Известен механизм герметизации стыка стыковочных агрегатов космического комплекса "Салют" - "Союз" (Сыромятников B.C. Стыковочные устройства космических аппаратов. М.: Машиностроение. - 1984 - С. 23-26), содержащий стыковочные шпангоуты с системами замков, равномерно размещенных на стыковочных шпангоутах, электроприводы, торцевое уплотнение, размещенное на стыковочной поверхности одного из шпангоутов, при этом замки снабжены пассивными и активными крюками, взаимодействующими между собой, активные крюки расположены на эксцентриковых валах, на которых также расположены шкивы, последовательно связанные между собой и с выходным валом привода тягами. Тяги выполнены в виде тросов.There is a known sealing mechanism for the joint of docking units of the Salyut - Soyuz space complex (Syromyatnikov BC Docking devices for spacecraft. M .: Mechanical Engineering. - 1984 - S. 23-26), containing docking frames with lock systems evenly placed on docking frames , electric drives, mechanical seal located on the connecting surface of one of the frames, while the locks are equipped with passive and active hooks that interact with each other, active hooks are located on the eccentric shafts, on toryh pulleys are also sequentially connected to each other and to the output shaft drive rods. The rods are made in the form of cables.

Недостатком указанной конструкции при стыковке при попадании посторонних предметов на стыковочную поверхность появляется вероятность негерметичного стыка стыковочных агрегатов, что обуславливает низкую надежность операции стыковки.The disadvantage of this design when docking when foreign objects get on the docking surface is the likelihood of a leaky joint docking units, which leads to low reliability of the docking operation.

Известен механизм герметизации стыка стыковочных агрегатов (RU 2559666, B64G 1/64, 10.08.2015), выбранный в качестве прототипа и содержащий стыковочные шпангоуты с системами замков, равномерно размещенных на стыковочных шпангоутах, электроприводы, торцевое уплотнение, размещенное на стыковочной поверхности одного из шпангоутов, при этом замки снабжены пассивными и активными крюками, взаимодействующими между собой, активные крюки расположены на эксцентриковых валах, на которых также расположены шкивы, последовательно связанные между собой и с выходным валом привода тягами, в отличие от известного на наружной поверхности шкивов выполнены зубья, тяги выполнены в виде сегментов зубчатого колеса с торцевыми зубьями, взаимодействующими с зубьями шкивов во всем диапазоне вращения шкивов, при этом сегменты зубчатого колеса равномерно установлены на наружной поверхности стыковочного шпангоута с возможностью вращения вокруг оси шпангоута, количество сегментов зубчатого колеса равно количеству замков, на торцах сегментов перпендикулярно торцевым поверхностям выполнены цилиндрические элементы, снабженные резьбой, сегменты последовательно соединены между собой стяжками, которые выполнены в виде стержня со сферическими элементами по торцам, на стержне с возможностью вращения вокруг сферических элементов размещены накидные гайки, установленные на цилиндрических элементах сегментов зубчатого колеса.There is a known sealing mechanism for the joint of docking units (RU 2559666, B64G 1/64, 08/10/2015), selected as a prototype and containing docking frames with locking systems evenly placed on docking frames, electric drives, a mechanical seal located on the docking surface of one of the frames while the locks are equipped with passive and active hooks interacting with each other, active hooks are located on eccentric shafts, on which pulleys are also located, connected in series with each other and with the exit the teeth are made on the outer surface of the pulleys, the thrusts are made in the form of gear segments with end teeth interacting with the pulley teeth in the entire range of pulley rotation, while the gear segments are evenly mounted on the outer surface of the coupling frame with the possibility of rotation around the axis of the frame, the number of segments of the gear wheel is equal to the number of locks, on the ends of the segments perpendicular to the end surfaces are made cylindrical threaded elements, segments are sequentially interconnected by couplers, which are made in the form of a rod with spherical elements at the ends, ring nuts mounted on cylindrical elements of the gear segments are rotatably mounted around the spherical elements on the rod.

Недостатком прототипа является низкая надежность операции стыковки, т.к. обеспечение герметичности стыка связано с плотным прилеганием стыковочных поверхностей стыковочных шпангоутов агрегатов. При попадании посторонних предметов между стыковочными поверхностями данное условие не может быть выполнено.The disadvantage of the prototype is the low reliability of the docking operation, because ensuring the tightness of the joint is associated with a tight fit of the docking surfaces of the docking frames of the units. If foreign objects get between the connecting surfaces, this condition cannot be fulfilled.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы механизма герметизации стыка стыковочных агрегатов за счет возможности осуществления герметизации даже при попадании посторонних предметов на стыковочные поверхности стыковочных шпангоутов за счет возможности изменения формы торцевого уплотнения, обусловленной использованием жидкого легкоплавкого металла.The objective of the present invention is to increase the reliability of the sealing mechanism of the joint of the docking units due to the possibility of sealing even when foreign objects get on the docking surfaces of the docking frames due to the possibility of changing the shape of the mechanical seal due to the use of liquid low-melting metal.

Технический результат достигается тем, что в механизме герметизации стыка стыковочных агрегатов, содержащем активный и пассивный стыковочные шпангоуты с системами замков, равномерно размещенных на стыковочных шпангоутах, и снабженными электроприводами, которые соединены с источниками питания и датчиками, при этом замки снабжены пассивными и активными крюками, торцевое уплотнение и датчик обжатия, жестко закрепленные на стыковочной поверхности стыковочного шпангоута активного стыковочного агрегата, отличающийся тем, что торцевое уплотнение выполнено полым со стенками из эластичного материала и заполнено легкоплавким металлом, причем в торцевой поверхности стыковочного шпангоута под торцевым уплотнением выполнены канавки, в которых жестко закреплены электронагреватели, соединенные с выходом источника электропитания, вход которого соединен с датчиком.The technical result is achieved by the fact that in the sealing mechanism of the joint of the docking units, containing the active and passive docking frames with lock systems evenly placed on the docking frames, and equipped with electric drives that are connected to power sources and sensors, while the locks are equipped with passive and active hooks, mechanical seal and compression sensor, rigidly mounted on the docking surface of the docking frame of the active docking unit, characterized in that the end pack the shuttering is hollow with walls of elastic material and filled with low-melting metal, and grooves are made in the end surface of the docking frame under the end seal, in which electric heaters are rigidly fixed, connected to the output of the power source, the input of which is connected to the sensor.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 приведен чертеж стыковочного шпангоута пассивного СТА, на фиг. 2 - чертеж стыковочного шпангоута активного СТА, а на фиг. 3 - вид сбоку активного СТА с местным разрезом.The invention is illustrated by drawings, in which in FIG. 1 is a drawing of a docking frame of a passive CTA; FIG. 2 is a drawing of a docking frame of an active CTA, and in FIG. 3 is a side view of an active CTA with a local section.

Механизм герметизации стыка стыковочных агрегатов содержит стыковочный шпангоут 1 (фиг. 1) пассивного СТА и стыковочный шпангоут 2 активного СТА (фиг. 2). Системы замков 3 равномерно размещены на стыковочном шпангоуте 2 и снабжены электроприводами 4, которые соединены с источником питания 5 и датчиками 6 (фиг. 1), а системы замков 7 (фиг. 1), равномерно размещенные на стыковочном шпангоуте 1, снабжены электроприводами 8. Электроприводы 8 соединены с источником питания 9 и датчиками 10. Торцевое уплотнение 11 (фиг. 2) размещено на стыковочной поверхности стыковочного шпангоута 2, при этом замки 3 и 7 (фиг. 1) снабжены пассивными и активными крюками, которые на чертеже не показаны. На стыковочном шпангоуте 2 активного СТА расположен датчик обжатия 12 (фиг. 3). Торцевое уплотнение 11 (фиг. 2) выполнено полым со стенками 13 из эластичного материала, например из резины на основе 1,4-дивинилового каучука, тройного сополимера, цис-1,4-полидивинила или цис-1,4-полиизопрена, и заполнено легкоплавким металлом 14, например, ртутью или галлием. В торцевой поверхности стыковочного шпангоута 2 под торцевым уплотнением 11 выполнены канавки 15, в которых жестко закреплены электронагреватели 16, соединенные с выходом 17 источника электропитания 18, вход 19 которого соединен с датчиком 6.The sealing mechanism of the joint of the docking units comprises a docking frame 1 (Fig. 1) of a passive CTA and a docking frame 2 of an active CTA (Fig. 2). The lock system 3 is evenly placed on the docking frame 2 and is equipped with electric drives 4, which are connected to the power source 5 and sensors 6 (Fig. 1), and the lock system 7 (Fig. 1), evenly placed on the docking frame 1, is equipped with electric drives 8. The actuators 8 are connected to the power source 9 and the sensors 10. The mechanical seal 11 (Fig. 2) is placed on the connecting surface of the docking frame 2, while the locks 3 and 7 (Fig. 1) are equipped with passive and active hooks, which are not shown in the drawing. On the docking frame 2 of the active CTA is located the compression sensor 12 (Fig. 3). The mechanical seal 11 (Fig. 2) is made hollow with the walls 13 of an elastic material, for example, rubber based on 1,4-divinyl rubber, triple copolymer, cis-1,4-polydivinyl or cis-1,4-polyisoprene, and filled fusible metal 14, for example, mercury or gallium. In the end surface of the docking frame 2 under the end seal 11 grooves 15 are made, in which electric heaters 16 are rigidly fixed, connected to the output 17 of the power supply 18, the input 19 of which is connected to the sensor 6.

Работа механизма герметизации стыка стыковочных агрегатов происходит следующим образом. После сближения космических аппаратов (КА) перед механическим контактом стыковочных шпангоутов 2 и 1 (фиг. 1) датчик 6 срабатывает и подключает электронагреватели 16 (фиг. 3) к источнику электропитания 18 (фиг. 3). Под действием нагрева легкоплавкий металл 14 переходит в жидкое состояние. Предполагается, что стыковка КА осуществляется на теневом участке околоземной орбиты, где температура достигает минус 100°С. Затем начинается операция сцепки и стягивания КА и выравнивание КА по тангажу, рысканию и крену до касания торцевого уплотнения 11 (фиг. 2) стыковочной поверхности стыковочного шпангоута 1 (фиг. 1), о котором сигнализирует датчик 6 (фиг. 2), подключающий электропривод 4 к источнику питания 5 системы замков 3. Одновременно с этим срабатывает датчик 10 (фиг. 1) и подключает источник питания 9 к электроприводу 8 системы замков 7. В результате этого пассивные и активные крюки систем замков 3 и 7 стыковочных шпангоутов 2 и 1 входят в зацепление друг с другом. Работа систем замков 3 и 7 контролируется датчиками обжатия 12 (фиг. 3) торцевого уплотнения 11. Благодаря жидкому состоянию легкоплавкого металла 14, торцевое уплотнение 11 (фиг. 2) плотно прижимается к стыковочной поверхности стыковочного шпангоута 1 (фиг. 1) даже при наличии неровностей и посторонних предметов на ней.The mechanism of sealing the joint of the docking units is as follows. After the spacecraft (SC) come closer to the mechanical contact of the docking frames 2 and 1 (Fig. 1), the sensor 6 is activated and connects the electric heaters 16 (Fig. 3) to the power supply 18 (Fig. 3). Under the action of heating, the fusible metal 14 goes into a liquid state. It is assumed that the spacecraft docking is carried out in the shadow part of the near-Earth orbit, where the temperature reaches minus 100 ° С. Then begins the operation of coupling and tightening the spacecraft and aligning the spacecraft in pitch, yaw and roll until the mechanical seal 11 (Fig. 2) touches the mating surface of the docking frame 1 (Fig. 1), which is signaled by sensor 6 (Fig. 2), which connects the electric drive 4 to the power supply 5 of the lock system 3. Simultaneously, the sensor 10 (Fig. 1) is activated and connects the power supply 9 to the electric drive 8 of the lock system 7. As a result, the passive and active hooks of the lock systems 3 and 7 of the connecting frames 2 and 1 enter meshing with each other. The operation of the lock systems 3 and 7 is controlled by compression sensors 12 (Fig. 3) of the mechanical seal 11. Due to the liquid state of the low-melting metal 14, the mechanical seal 11 (Fig. 2) is tightly pressed to the joint surface of the coupling frame 1 (Fig. 1) even if irregularities and foreign objects on it.

После закрытия систем замков 3 и 7 (фиг. 2) электропривода) 4 и 8 (фиг. 1) отключаются. Датчики обжатия 12 вырабатывают сигнал, отключающий электронагреватели 16 (фиг. 3) от источника электропитания 18, и легкоплавкий металл 14 переходит в твердое состояние.After closing the lock systems 3 and 7 (Fig. 2) of the electric drive) 4 and 8 (Fig. 1) are turned off. The compression sensors 12 generate a signal that disables the electric heaters 16 (Fig. 3) from the power supply 18, and the low-melting metal 14 goes into a solid state.

Как можно заметить, использование легкоплавкого металла 14 позволяет проводить герметизацию стыка при выполнении стыковки космических аппаратов даже при попадании посторонних предметов между стыковочными шпангоутами 1 (фиг. 1) и 2 (фиг. 2), что повышает надежность операции стыковки космических аппаратов.As you can see, the use of fusible metal 14 allows the joint to be sealed when docking spacecraft even when foreign objects get in between the connecting frames 1 (Fig. 1) and 2 (Fig. 2), which increases the reliability of the operation of docking spacecraft.

Claims (1)

Механизм герметизации стыка стыковочных агрегатов, содержащий активный и пассивный стыковочные шпангоуты с системами замков, равномерно размещенными на стыковочных шпангоутах и снабженными электроприводами, которые соединены с источниками питания и датчиками, при этом замки снабжены пассивными и активными крюками, торцевым уплотнением и датчиком обжатия, жестко закрепленными на стыковочной поверхности стыковочного шпангоута активного стыковочного агрегата, отличающийся тем, что торцевое уплотнение выполнено полым со стенками из эластичного материала и заполнено легкоплавким металлом, причем в торцевой поверхности стыковочного шпангоута под торцевым уплотнением выполнены канавки, в которых жестко закреплены электронагреватели, соединенные с выходом источника электропитания, вход которого соединен с датчиком.A joint sealing mechanism for docking assemblies containing active and passive docking frames with lock systems evenly placed on docking frames and equipped with electric drives that are connected to power sources and sensors, while the locks are equipped with passive and active hooks, an end seal and a compression sensor, rigidly fixed on the docking surface of the docking frame of the active docking unit, characterized in that the mechanical seal is made hollow with walls of e of flexible material and filled with fusible metal, and in the end surface of the docking frame under the end seal grooves are made in which electric heaters are rigidly fixed, connected to the output of the power source, the input of which is connected to the sensor.

Images