RU2161111C1

RU2161111C1 - Separation system

Info

Publication number: RU2161111C1
Application number: RU99126932A
Authority: RU
Inventors: Ю.О. Бахвалов; В.Ю. Бронфман; Л.А. Главацкий; С.Н. Громов; В.К. Иванов; В.И. Соин
Original assignee: Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2000-12-27

Abstract

FIELD: space rocket engineering, applicable for attachment of the space vehicle to the rocket and separation from it after injection. SUBSTANCE: system has band joints, each provided with a relaxant, coupling bolt, coupling and two cylindrical bushes, strain gauge and a charge-driven lock. The charge-driven lock is made in the form a link-clamping mechanism engageable with the tapered head of the coupling bolt. The relaxant has a catch, explosive pin and a body with ducts and cavities, one of which accommodating a piston with a piston rod. The catch is made in the form clamps in the axis of rotation for simultaneous engagement with the piston rod and explosive pin. The other body cavities accommodate the hydraulic system. The relaxant body is made for movement in the axis of its symmetry, and the coupling bolt is connected to the piston rod. The coupling bush is engageable with its one end with the relaxant, and with the other - with the cylindrical bush. At separation the system provides for loosening of the tension of the coupling band up to the minimum required for holding of the space vehicle on the rocket stage. EFFECT: considerably reduced impact loads at separation. 2 cl, 9 dwg

Description

Система разделения относится к ракетно-космической технике и может быть использована для удержания космического аппарата на ступени ракеты при транспортировании, выведении на орбиту и для отделения его по команде системы управления. The separation system relates to rocket and space technology and can be used to hold the spacecraft at the rocket stage during transportation, launch into orbit and to separate it at the command of the control system.

Известны устройства для разделения частей космического аппарата (КА), содержащие натяжную ленту, охватывающую по окружности фланцы соединяемых/разделяемых частей КА, концы которой стянуты соединительным элементом с пироустройством (патент США N 5318255, кл. 244-158 R, приоритет 22.06.92 г., патент США N 4715565, кл. 244-158 R, приоритет 27.05.86 г.). Однако при срабатывании пироустройства происходит разрезание соединительного элемента, что вызывает возникновение больших ударных нагрузок, передающихся на КА. Known devices for separating parts of the spacecraft (SC), containing a tension tape covering the circumference of the flanges of the connected / shared parts of the SC, the ends of which are pulled together by a connecting element with pyrodevice (US patent N 5318255, CL 244-158 R, priority 22.06.92 g ., US patent N 4715565, CL 244-158 R, priority 05.27.86). However, when the pyrodevice is triggered, the connecting element is cut, which causes the occurrence of large shock loads transmitted to the spacecraft.

Наиболее близкой к заявленной системе разделения является система разделения ступеней ракеты, содержащая ленту из двух полос, концы которых стянуты двумя диаметрально расположенными соединительными узлами, каждый из которых включает соединительные элементы и пирозамок (заявка Япония N 63-49680, кл. B 64 G 1/64, приоритет 27.04.83 г.). Closest to the claimed separation system is a rocket stage separation system containing a tape of two strips, the ends of which are pulled together by two diametrically located connecting nodes, each of which includes connecting elements and a pyro lock (Japanese application N 63-49680, class B 64 G 1 / 64, priority 04/27/83).

Недостатками данной системы являются значительное усилие, необходимое для расфиксации, т.к. чека пирозамка, соединяющая концы ленты, воспринимает поперечное усилие, а также возможность заклинивания чеки, т.к. по мере хода чеки ее фиксирующая поверхность уменьшается, а усилие натяжения остается прежним. The disadvantages of this system are the significant effort required for fixation, because the check pirozamka connecting the ends of the tape perceives the lateral force, as well as the possibility of jamming the checks, because as the check moves, its fixing surface decreases, and the pulling force remains the same.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является значительное (вплоть до нуля) снижение ударных нагрузок при разделении путем предварительного ослабления натяжения ленты до минимума, необходимого для удержания КА на последней ступени ракеты, а также возможность повторного использования конструктивных элементов системы. The technical result of the invention is a significant (up to zero) reduction of shock loads during separation by preliminary weakening the belt tension to the minimum necessary to hold the spacecraft at the last stage of the rocket, as well as the possibility of reusing the structural elements of the system.

Технический результат достигается тем, что система разделения содержит ленту из двух полос, концы которых стянуты двумя диаметрально расположенными соединительными узлами, каждый из которых включает соединительные элементы и пирозамок. В соответствии с предлагаемым изобретением каждый соединительный узел снабжен релаксатором и соединительной втулкой с тензодатчиком. Под термином "релаксатор" следует понимать узел для ослабления натяжения ленты системы разделения. Каждый соединительный узел выполнен в виде двух цилиндрических втулок с отверстиями и лысками, установленных в петлевые концы полос ленты, соединительного элемента, выполненного в виде стяжного болта с конической головкой, установленного в отверстие одной из втулок, пирозамка, закрепленного на петлевом конце ленты, выполненного в виде профилированного корпуса с двумя проушинами, между которыми установлена ось вращения, двух зажимов, смонтированных на одной оси вращения с возможностью одновременного взаимодействия с конической головкой стяжного болта и чекой пирозамка, при этом поверхности зажимов, взаимодействующие с конической головкой стяжного болта выполнены коническими, а взаимодействующие с чекой - плоскими. Релаксатор выполнен в виде корпуса, крышки, фиксатора и пирочеки, при этом корпус выполнен с каналами и внутренними полостями, в одной из которых установлен поршень со штоком с возможностью перемещения вдоль оси симметрии корпуса релаксатора и выполнен с конической головкой на одном конце штока и внутренней резьбой на другом, а в других полостях корпуса смонтирована гидросистема релаксатора, крышка закреплена на корпусе и выполнена с двумя проушинами, между которыми установлена ось вращения, фиксатор выполнен в виде двух зажимов, смонтированных на одной оси вращения с возможностью одновременного взаимодействия с конической головкой штока поршня и пирочекой, при этом поверхности зажимов, взаимодействующие с конической головкой штока поршня, выполнены коническими, а взаимодействующие с пирочекой - плоскими. Стяжной болт с конической головкой соединен посредством резьбы с внутренней резьбой штока релаксатора с возможностью перемещения вдоль оси симметрии корпуса релаксатора, а соединительная втулка с тензодатчиком установлена с возможностью взаимодействия одним своим концом с торцем корпуса релаксатора, а другим - с лыской цилиндрической втулки. Гидросистема релаксатора выполнена в виде дроссельного устройства, фильтров высокого и низкого давления, гидрокомпенсатора и заправочного клапана, соединенных с полостями корпуса и между собой посредством каналов. The technical result is achieved by the fact that the separation system contains a tape of two strips, the ends of which are pulled together by two diametrically located connecting nodes, each of which includes connecting elements and a pyro lock. In accordance with the invention, each connecting unit is equipped with a relaxer and a connecting sleeve with a strain gauge. The term "relaxer" should be understood as a node for easing the tension of the tape system separation. Each connecting node is made in the form of two cylindrical bushings with holes and flats installed in the looped ends of the strip strips, a connecting element made in the form of a coupling bolt with a conical head installed in the hole of one of the bushings, a pyrozam secured to the looped end of the tape made in in the form of a profiled body with two eyes, between which an axis of rotation is installed, two clamps mounted on one axis of rotation with the possibility of simultaneous interaction with a conical head second coupling bolt and cotter pirozamka, wherein the surface of the jaws cooperating with the conical head of the clamping screw are conical and cooperating cotter - flat. The relaxator is made in the form of a body, a cover, a retainer and a pyrocheck, while the body is made with channels and internal cavities, in one of which a piston with a rod is installed with the possibility of movement along the axis of symmetry of the relaxer body and is made with a conical head at one end of the rod and internal thread on the other, and in other cavities of the body, the relaxor hydraulic system is mounted, the cover is fixed to the body and made with two eyes, between which the rotation axis is installed, the latch is made in the form of two clamps, mounted ovannyh on one axis of rotation with the possibility of simultaneous interaction with a conical head and the piston rod pirochekoy, wherein the surface of the jaws cooperating with the conical head of the piston rod are conical, and interacting with pirochekoy - flat. The coupling bolt with a conical head is connected by means of a thread to the internal thread of the relaxor rod with the possibility of movement along the axis of symmetry of the relaxer body, and the connecting sleeve with the strain gauge is installed with the possibility of interaction with one end with the end face of the relaxer body and the other with the flat of the cylindrical sleeve. The hydraulic system of the relaxer is made in the form of a throttle device, high and low pressure filters, a hydraulic compensator and a filling valve connected to the body cavities and to each other through channels.

На фиг. 1 представлена система разделения в общем виде, на фиг. 2 - выноска Г на фиг. 1, на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1, на фиг. 4 - вид сверху на соединительный узел, выноска Б на фиг. 3, на фиг. 5 - общий вид соединительного узла, на фиг. 6 - принципиальная кинематическая схема системы разделения, на фиг. 7 - общий вид релаксатора, на фиг. 8 и 9 - сечения Д-Д и Е-Е на фиг. 7 соответственно. In FIG. 1 shows a separation system in general form; FIG. 2 - callout G in FIG. 1, in FIG. 3 is a section AA in FIG. 1, in FIG. 4 is a top view of the connecting unit, leader B in FIG. 3, in FIG. 5 is a general view of the connecting unit, in FIG. 6 is a schematic kinematic diagram of a separation system; FIG. 7 is a general view of the relaxer, in FIG. 8 and 9 are sections DD and EE in FIG. 7 respectively.

Система разделения (фиг. 1, 2) содержит ленту 1 с прикрепленными к ней башмаками 2, имеющими конусные поверхности, которые зажимают фланцы разделяемых частей КА и ракеты и два диаметрально расположенных соединительных узла (пиромеханических) 3, стягивающих концы ленты 1 (фиг. 3). Лента 1 представляет собой две стальные полосы 4, концы которых загнуты в виде петель, в которые установлены цилиндрические втулки 5. Каждый соединительный узел 3 (фиг. 4, 5) содержит релаксатор 6, соединительную втулку 7 с тензодатчиком, пирозамок 8 с чекой 9, стяжной болт 10 с конической головкой. Пирозамок 8 смонтирован на одном из петлевых концов ленты 1, а в расположенном напротив него петлевом конце ленты 1 установлен стяжной болт 10 в отверстие втулки 5. Между проушинами 11 корпуса пирозамка 8 установлена ось вращения 12, на которой смонтированы два зажима 13 и 14, каждый из которых имеет коническую и плоскую поверхности зажатия. Зажимы 13 и 14 установлены на одной оси вращения 12 с возможностью одновременного взаимодействия своими коническими поверхностями с конической головкой стяжного болта 10, а своими плоскими поверхностями - с чекой 9 пирозамка 8. Релаксатор 6 (фиг. 4, 7) состоит из корпуса 15, пирочеки 16 и фиксатора 17. На корпусе 15 закреплена крышка 18, выполненная с проушинами 19. Фиксатор 17 состоит из двух зажимов 13 и 14, смонтированных на одной оси вращения 12, установленной между проушинами 19 крышки 18. The separation system (Fig. 1, 2) contains a belt 1 with shoes 2 attached to it, having conical surfaces that clamp the flanges of the separated parts of the spacecraft and the rocket and two diametrically located connecting nodes (pyromechanical) 3, tightening the ends of the belt 1 (Fig. 3 ) The tape 1 is two steel strips 4, the ends of which are bent in the form of loops into which the cylindrical bushings are installed 5. Each connecting unit 3 (Fig. 4, 5) contains a relaxer 6, a connecting sleeve 7 with a strain gauge, a pyro lock 8 with a check 9, a coupling bolt 10 with a conical head. Pyrozamok 8 is mounted on one of the loopback ends of the tape 1, and at the opposite end of the loop 1 of the tape 1 there is a coupling bolt 10 in the hole of the sleeve 5. Between the eyes 11 of the body of the pyrozamok 8 there is a rotation axis 12 on which two clamps 13 and 14 are mounted, each of which has a conical and flat clamping surface. Clips 13 and 14 are mounted on the same axis of rotation 12 with the possibility of simultaneous interaction of their conical surfaces with the conical head of the coupling bolt 10, and their flat surfaces with the pin 9 of the lock 8. Relaxator 6 (Fig. 4, 7) consists of a housing 15, pyrochek 16 and the latch 17. On the housing 15 is fixed a cover 18 made with eyes 19. The latch 17 consists of two clamps 13 and 14 mounted on the same axis of rotation 12, installed between the eyes 19 of the lid 18.

Необходимо отметить, что зажимы и ось вращения как релаксатора 6, так и пирозамка 8 имеют аналогичное конструктивное выполнение и обозначены одинаковыми позициями. Корпус 15 релаксатора выполнен с каналами и внутренними полостями, в одной из которых установлен поршень 20 со штоком 21, который имеет коническую головку 22 на одном своем конце и внутреннюю резьбу 23 на другом. Зажимы 13, 14 смонтированы на одной оси вращения 12 с возможностью одновременного зажатия конической головки 22 штока 21 и пирочеки 17. Стяжной болт 10 соединен посредством резьбы с внутренней резьбой 23 штока релаксатора и расположен внутри соединительной втулки 7, которая одним своим концом взаимодействует с торцем корпуса 15, а другим - лыской втулки 5. В полостях корпуса 15 релаксатора установлены дроссельное устройство 24, фильтры высокого и низкого давления поз. 25 и 26 соответственно, гидрокомпенсатор 27, заправочный клапан 28 (фиг. 7, 8, 9). It should be noted that the clamps and the axis of rotation of both the relaxer 6 and the lock 8 have a similar design and are indicated by the same positions. The relaxor housing 15 is made with channels and internal cavities, in one of which a piston 20 with a rod 21 is installed, which has a conical head 22 at one end and an internal thread 23 at the other. The clamps 13, 14 are mounted on the same axis of rotation 12 with the possibility of simultaneous clamping of the conical head 22 of the rod 21 and pyrochee 17. The coupling bolt 10 is connected by means of a thread to the internal thread 23 of the relaxation rod and is located inside the connecting sleeve 7, which at one end interacts with the end of the housing 15, and the other - flat sleeves 5. In the cavities of the housing 15 of the relaxer installed a throttle device 24, high and low pressure filters pos. 25 and 26, respectively, the hydraulic compensator 27, the filling valve 28 (Fig. 7, 8, 9).

После монтажа системы разделения производят постепенное натяжение ленты 1 до определенного усилия с помощью специального натяжного устройства (не показано). Величину усилия контролируют с помощью соединительной втулки 7 с тензодатчиком, сигнал от которого передается через кабель на контрольный прибор. After mounting the separation system, the tape 1 is gradually tensioned to a certain force using a special tensioning device (not shown). The magnitude of the force is controlled using the connecting sleeve 7 with a strain gauge, the signal from which is transmitted through a cable to the control device.

Система разделения работает следующим образом. The separation system operates as follows.

После выведения КА на расчетную орбиту система управления подает команду на сбрасывание пирочеки 16 релаксаторов 6. Сжатые газы перемещают пирочеку 16 в направлении стрелки Ж (фиг. 7), давая возможность зажимам 13 и 14 вращаться на оси 12. Поршень 20 со штоком 21 под действием усилия натяжения ленты разжимает конические поверхности зажимов и начинает перемещаться в направлении стрелки К, при этом рабочая жидкость перетекает через дроссельное устройство 24 из полости Л в полость М. Дроссельное устройство 24 путем подбора диаметров проходных отверстий дроссельных шайб и их количества обеспечивает медленное (1...2 с) перемещение поршня 20 со штоком 21 и, соответственно, уменьшение натяжения ленты до минимума. Эта операция обеспечивает ослабление натяжения ленты 1 (уменьшение потенциальной энергии) до ее разделения, что позволяет сделать последующее разделение практически безударным. Эту операцию можно назвать релаксацией. Величина ослабления натяжения ленты 1 определяется величиной хода штока 21 релаксатора путем подбора толщины регулировочной шайбы 29. После ослабления натяжения ленты (релаксации) система управления подает команду на срабатывание пирозамков 8 разделения ленты. Под действием сжатых газов чека 9 перемещается в направлении стрелки Н (фиг. 5), освобождая захваты 13 и 14. Стяжной болт 10 под действием остаточного усилия натяжения ленты выходит из зажимов, лента 1 разделяется на две части и позволяет КА отделиться от ракеты. After the SC is put into the calculated orbit, the control system gives a command to drop the pyrocheck 16 of the relaxers 6. Compressed gases move the pyrocheck 16 in the direction of the arrow Ж (Fig. 7), allowing the clamps 13 and 14 to rotate on the axis 12. The piston 20 with the rod 21 under action the tension force of the tape unclenches the conical surfaces of the clamps and begins to move in the direction of the arrow K, while the working fluid flows through the throttle device 24 from the cavity L to the cavity M. The throttle device 24 by selecting the diameters of the through holes th throttle washers and their number provides a slow (1 ... 2 s) movement of the piston 20 with the rod 21 and, accordingly, reducing the tension of the tape to a minimum. This operation provides a weakening of the tension of the tape 1 (reduction of potential energy) prior to its separation, which allows the subsequent separation to be made virtually unstressed. This operation can be called relaxation. The magnitude of the relaxation of the tension of the tape 1 is determined by the magnitude of the stroke of the rod 21 of the relaxer by selecting the thickness of the adjusting washer 29. After loosening the tension of the tape (relaxation), the control system sends a command to operate the pyro locks 8 of the tape separation. Under the action of compressed gases, the check 9 moves in the direction of the arrow H (Fig. 5), releasing the grippers 13 and 14. The tightening bolt 10 leaves the clamps under the influence of the residual tension of the tape, the tape 1 is divided into two parts and allows the spacecraft to separate from the rocket.

Предлагаемая система разделения позволяет максимально снизить ударные нагрузки, дает возможность повторного использования ее конструктивных элементов за счет минимальной деформации ленты, отсутствия разрезаемых стяжных болтов, что в целом повышает эффективность системы. The proposed separation system allows to minimize shock loads, makes it possible to reuse its structural elements due to minimal deformation of the tape, the absence of cuttable coupling bolts, which generally increases the efficiency of the system.

Claims

1. The separation system containing a tape of two strips, the ends of which are pulled together by two diametrically located connecting nodes, each of which includes connecting elements and a lock, characterized in that each connecting node is equipped with a relaxer and a connecting sleeve with a strain gauge, each connecting node is made in the form of two cylindrical bushings with holes and flats installed in the loop ends of the strip strips, a connecting element made in the form of one and h of the sleeves of the coupling bolt with a conical head, a pyro-lock mounted on the loop end of the tape and made in the form of a profiled body with two eyes, between which the rotation axis is installed, and two clamps mounted on the same axis of rotation with the possibility of simultaneous interaction with the conical head of the coupling bolt and check pyrozamka, while the surfaces of the clamps interacting with the conical head of the clamping bolt are conical, and interacting with the check are flat, the relaxer is made in the form of a housing a, covers, retainer and pyrochets, while the body is made with channels and internal cavities, in one of which a piston with a rod is installed with the ability to move along the axis of symmetry of the relaxer body and is made with a conical head at one end of the rod and an internal thread at the other, and in other cavities of the housing, the hydraulic system of the relaxer is mounted, the cover is fixed to the housing and is made with two eyes, between which the rotation axis is installed, the latch is made in the form of two clamps mounted on the same rotation axis with the possibility of simultaneous interaction with the conical head of the piston rod and pyrochel, while the surfaces of the clamps interacting with the conical head of the piston rod are conical and interacting with the pyrochet are flat, and the coupling bolt with the conical head is connected by means of a thread to the internal thread of the relaxation rod with the possibility of movement along the axis of symmetry of the relaxer body, and the connecting sleeve with the strain gauge is installed with the possibility of interaction with one of its ends with the end face of the body elaksatora, and others - with flattened cylindrical sleeve.

2. The separation system according to claim 1, characterized in that the relaxor hydraulic system is made in the form of a throttle device, high and low pressure filters, a hydraulic compensator and a filling valve connected to the body cavities and to each other through channels.