Устройство для соединения и последующего разделения элементов конструкции

Авторы патента:

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к устройствам для соединения элементов конструкции и их быстрого последующего разделения в процессе эксплуатации, и преимущественно может быть использована в ракетно-космической технике для стыковки ракеты-носителя с космическим аппаратом или космического аппарата с его отделяемым элементом и последующего их разделения в процессе полета. Устройство содержит корпус, состоящий из двух частей с элементами крепления к соединяемым элементам конструкции, разрывной болт, соединенный концом и головкой соответственно с одной и второй частями корпуса и выполненный полым со стороны головки, поршень со штоком, установленным в полости разрывного болта, и рабочий заряд со средством приведения его в действие, установленный со стороны расположения поршня. Устройство, кроме того, снабжено, по меньшей мере, одним амортизатором, установленным на посадочной поверхности, по меньшей мере, одного элемента крепления к соединяемым элементам конструкции и содержащим амортизирующий элемент из эластомерного материала. Полезная модель обеспечивает снижение действия высокочастотных составляющих ударного импульса через элементы крепления на элементы конструкции. 1 н.п. ф-лы, 6 з.п. ф-лы, 1 илл.

Известны пиротехнические устройства для соединения и последующего разделения элементов конструкции (Колесников К.С., Козлов В.И., Кокушкин В.В. Динамика разделения ступеней летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1977, с.20; SU 576443, 1973; RU 2144892, 2000; RU 2304236, 2007), которые используются в ракетно-космической технике и в общей для них части содержат корпус с элементами крепления на соединяемых элементах конструкции, расположенный в корпусе шток с поршнем, фиксируемый стопорными элементами, например вкладышами, шариками или резьбовыми сегментами, и пиропатрон. При срабатывании пиропатрона давление продуктов сгорания приводит в движение шток, в результате чего происходит высвобождение стопорных элементов и разделение элементов конструкции.

Основным недостатком этих конструкций является существенные ударные импульсы, которые возникают в результате срабатывания пиропатрона и удара в момент окончания движения штока. Указанные ударные импульсы, во-первых, отрицательно сказываются на функционировании бортовой аппаратуры разделяемых элементов конструкции, а, во-вторых, приводят к возникновению вращающих моментов, приложенных к разделяемым элементам конструкции.

Снабжение одного из указанных выше известных устройств (RU 2144892, 2000) мембраной, деформируемой при движении штока, а другого указанного выше известного устройства (RU 2304236, 2007) втулкой из необратимо деформируемого материала обеспечивает некоторое снижение ударного импульса, прежде всего, его низкочастотной составляющей за счет расхода энергии ударного импульса на деформацию перечисленных элементов.

Известно устройство для соединения и последующего разделения элементов конструкций (RU 2194944 С2, 2002), которое может быть использовано для стыковки космического аппарата с ракетой-носителем и разделения их после окончания активного участка полета ракеты-носителя. Указанное известное устройство содержит внешний корпус, охватываемый корпус, разрывной пироболт с электрозапалом, установленный в выполненном во внешнем корпусе ступенчатом осевом отверстии и зафиксированный гайкой, элемент крепления охватываемого корпуса на одном соединяемом элементе конструкции, выполненный в виде резьбового выступа, и элемент крепления внешнего корпуса на другом соединяемом элементе конструкции, который выполнен в виде выступа с отверстием, в котором размещен и зафиксирован разрывной пироболт. Снабжение этого известного устройства переходником, выполненным из материала с ударной жесткостью, меньшей ударной жесткости материала отделяемого элемента конструкции, тонкостенным цилиндром с чередующимися вырезами в его торцах, расположенным между внешним и охватываемым корпусами, и набором пластин, выполненных из материала с пределом текучести ниже, чем предел текучести материала внешнего корпуса, обеспечивает снижение ударного импульса, прежде всего, его низкочастотной составляющей.

Наиболее близким по технической сущности к настоящей полезной модели является устройство для быстрого разделения частей космического аппарата или ракетного блока (RU 2321527, 2008).

Указанное устройство, являющееся ближайшим аналогом, содержит цилиндрический корпус, состоящий из двух частей в виде гильз с фланцем и гайкой в качестве элементов крепления к соединяемым элементам конструкции, соединительный элемент частей корпуса в виде полого со стороны головки разрывного болта, конец и головка которого соединены соответственно с одной и второй частями корпуса, разделяющий элемент в виде поршня со штоком, установленным в полости разрывного болта, и рабочий заряд со средством приведения его в действие. При этом разрывной болт имеет кольцевую проточку, выполнение которой обеспечивает образование утонченной калиброванной шейки, подлежащей разрыву при разделении. При выполнении рабочего заряда в виде детонирующего заряда средство приведения его в действие выполнено в виде электродетонатора или транслятора детонации. При использовании пиротехнического рабочего заряда рабочий заряд и средство приведения его в действие выполнены в виде пиропатрона, содержащего пиротехнический рабочий заряд, воспламенитель и мостик накаливания. Для снижения ударного импульса, прежде всего, его низкочастотной составляющей, указанное известное устройство снабжено деформируемым элементом, который установлен между поршнем и внутренним торцом полости разрывного болта и деформируется при движении поршня со штоком.

Вместе с тем, в конструкции указанного известного устройства, являющегося ближайшим аналогом, как и в конструкциях всех перечисленных выше аналогов, отсутствуют какие-либо амортизирующие элементы, обеспечивающие снижение действия высокочастотных составляющих ударного импульса через элементы крепления на соединяемые элементы конструкции. Указанные высокочастотные составляющие ударных импульсов отрицательно сказываются на функционировании бортовой аппаратуры разделяемых элементов конструкции и поэтому накладывают ограничения на возможное место установки бортовой аппаратуры.

Задачей настоящей полезной модели является снижение действия высокочастотных составляющих ударного импульса через элементы крепления на элементы конструкции.

Поставленная задача решена, согласно полезной модели, тем, что устройство для соединения и последующего разделения элементов конструкции, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, корпус, состоящий из двух частей с элементами крепления к соединяемым элементам конструкции, разрывной болт, соединенный концом и головкой соответственно с одной и второй частями корпуса и выполненный полым со стороны головки, поршень со штоком, установленным в полости разрывного болта, и рабочий заряд со средством приведения его в действие, установленный со стороны расположения поршня, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено, по меньшей мере, одним амортизатором, установленным на посадочной поверхности, по меньшей мере, одного элемента крепления к соединяемым элементам конструкции и содержащим амортизирующий элемент из эластомерного материала.

При этом амортизатор снабжен элементом ограничения поперечной деформации амортизирующего элемента, охватывающим амортизирующий элемент.

Элементы крепления к соединяемым элементам конструкции могут быть выполнены в виде фланца с накидной гайкой и тогда амортизирующий элемент выполнен в виде кольца, а элемент ограничения поперечной деформации амортизирующего элемента выполнен в виде накидной шайбы с буртом.

Элементы крепления к соединяемым элементам конструкции могут быть выполнены в виде фланца или кронштейна, по меньшей мере, с одним резьбовым отверстием и одним болтом и тогда амортизирующий элемент выполнен в виде цилиндра с осевым отверстием, а элемент ограничения поперечной деформации амортизирующего элемента выполнен в виде стакана с отверстием.

Амортизирующий элемент выполнен из резины, из полиуретана или из искусственного каучука.

Снабжение устройства для соединения и последующего разделения элементов конструкции, по меньшей мере, одним амортизатором, установленным на посадочной поверхности, по меньшей мере, одного элемента крепления к соединяемым элементам конструкции и содержащим амортизирующий элемент из эластомерного материала, обеспечивает установку посадочной поверхности элемента крепления к соединяемым элементам конструкции не непосредственно на элементе конструкции, а через указанный амортизатор. В результате этого при срабатывании заявляемого устройства с целью разделения элементов конструкции снижается воздействие на элементы конструкции ударного импульса и, прежде всего, его высокочастотных составляющих, что обусловлено упругой деформацией амортизирующего элемента амортизатора.

Отмеченное свидетельствует о решении декларированной выше задачи настоящей полезной модели благодаря наличию у устройства для соединения и последующего разделения элементов конструкции перечисленных выше отличительных признаков.

На чертеже приведен продольный разрез устройства для соединения и последующего разделения элементов конструкции, где 1 - первая часть корпуса, 2 - вторая часть корпуса, 3 - разрывной болт, 4 - фланец, 5 - накидная гайка, 6 - поршень, 7 - шток, 8 - рабочий заряд, 9 - электродетонатор, 10 - деформируемый элемент, 11 - амортизирующее кольцо, 12 - шайба с буртом, 13 - корпус заряда и 14 - кольцевая проточка.

Устройство для соединения и последующего разделения элементов конструкции содержит первую часть 1 корпуса и вторую часть 2 корпуса, которые выполнены цилиндрическими по форме и снабжены элементами крепления к соединяемым элементам конструкции в виде фланца 4 и накидной гайки 5. На посадочных поверхностях фланцев 4 и накидных гаек 5 установлены амортизаторы, каждый из которых содержит амортизирующий элемент в виде амортизирующего кольца 11 из эластомерного материала, например из резины, из полиуретана или из искусственного каучука и охватывающий его элемент ограничения поперечной деформации амортизирующего элемента в виде накидной шайбы 12 с буртом.

Элементы крепления к соединяемым элементам конструкции могут быть также выполнены в виде фланца или кронштейна с резьбовыми отверстиями и болтами (такая конструкция на чертеже не показана). В этом случае каждый амортизирующий элемент выполнен в виде цилиндра из эластомерного материала (из резины, из полиуретана или из искусственного каучука) с осевым отверстием для болта, а элемент ограничения поперечной деформации амортизирующего элемента выполнен в виде стакана с отверстием для болта.

Устройство содержит разрывной болт 3, который вставлен внутрь полости первой части 1 корпуса и закреплен в полости второй части 2 корпуса с помощью резьбового соединения. В результате этого первая часть 1 корпуса и вторая часть 2 корпуса оказываются соединенными посредством разрывного болта 3 и прижаты друг к другу своими торцами, поскольку головка разрывного болта 3 упирается во внутренний торец полости первой части 1 корпуса. В месте соединения первой части 1 корпуса и второй части 2 корпуса разрывной болт 3 имеет кольцевую проточку 14, образующую утонченную калиброванную шейку разрывного болта 3, подлежащую разрыву при разделении элементов конструкции. В разрывном болте 3 выполнена цилиндрическая полость, в которой установлен поршень 6 со штоком 7. Между торцом поршня 6 и внутренним торцом полости разрывного болта 3 размещен деформируемый элемент 10 в виде кольца с двумя буртами, который подлежит необратимой деформации при движении поршня 6 для разделения элементов конструкции и за счет своей деформации обеспечивает уменьшение воздействия постоянной составляющей ударного импульса на элементы конструкции.

В полости разрывного болта 3 установлен с помощью резьбового соединения корпус 13 заряда, в котором размещен фигурный рабочий заряд 8 пластичного взрывчатого вещества и электродетонатор 9.

Соединение шпангоутов элементов конструкции обеспечивается тем, что первая часть 1 корпуса и вторая часть 2 корпуса вставлены в отверстия, выполненные в шпангоутах, а шпангоуты зажаты между фланцами 4 и накидными гайками 5 через амортизирующие элементы в виде амортизирующего кольца 11 с накидной шайбой 12 с буртом.

При разделении соединенных элементов конструкции срабатывает электродетонатор 9, в результате чего происходит детонация рабочего заряда 8. Под действием давления продуктов детонации поршень 6 двигается (на чертеже - влево) и воздействует своим штоком 7 на внутренний торец полости разрывного болта 3. Указанное ударное воздействие вызывает разрушение разрывного болта 3 по утонченной калиброванной шейке, образованной кольцевой проточкой 14, в результате чего происходит разделение первой части 1 корпуса и второй части 2 корпуса вместе с присоединенными элементами конструкции.

Одновременно при движении поршня 6 происходит необратимая деформация деформируемого элемента 10, в результате чего снижается воздействие на элементы конструкции постоянной составляющей ударного импульса. Упругая осевая деформация амортизирующих колец 11 обеспечивает снижение воздействия на элементы конструкции не только постоянной составляющей ударного импульса, но и его высокочастотных составляющих. При этом наличие шайб 12 с буртом препятствует возникновению поперечной деформации амортизирующих колец 11.

Таким образом, полезная модель обеспечивает снижение действия высокочастотных составляющих ударного импульса через элементы крепления на элементы конструкции.

1. Устройство для соединения и последующего разделения элементов конструкции, содержащее корпус, состоящий из двух частей с элементами крепления к соединяемым элементам конструкции, разрывной болт, соединенный концом и головкой соответственно с одной и второй частями корпуса и выполненный полым со стороны головки, поршень со штоком, установленным в полости разрывного болта, и рабочий заряд со средством приведения его в действие, установленный со стороны расположения поршня, отличающееся тем, что оно снабжено, по меньшей мере, одним амортизатором, установленным на посадочной поверхности, по меньшей мере, одного элемента крепления к соединяемым элементам конструкции и содержащим амортизирующий элемент из эластомерного материала.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что амортизатор снабжен элементом ограничения поперечной деформации амортизирующего элемента, охватывающим амортизирующий элемент.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что элементы крепления к соединяемым элементам конструкции выполнены в виде фланца с накидной гайкой, амортизирующий элемент выполнен в виде кольца, а элемент ограничения поперечной деформации амортизирующего элемента выполнен в виде накидной шайбы с буртом.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что элементы крепления к соединяемым элементам конструкции выполнены в виде фланца или кронштейна, по меньшей мере, с одним резьбовым отверстием и одним болтом, амортизирующий элемент выполнен в виде цилиндра с осевым отверстием, а элемент ограничения поперечной деформации амортизирующего элемента выполнен в виде стакана с отверстием.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что амортизирующий элемент выполнен из резины.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что амортизирующий элемент выполнен из полиуретана.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что амортизирующий элемент выполнен из искусственного каучука.