RU2649539C2 - Motor module of spacecraft - Google Patents

Motor module of spacecraft Download PDF

Info

Publication number
RU2649539C2
RU2649539C2 RU2015148689A RU2015148689A RU2649539C2 RU 2649539 C2 RU2649539 C2 RU 2649539C2 RU 2015148689 A RU2015148689 A RU 2015148689A RU 2015148689 A RU2015148689 A RU 2015148689A RU 2649539 C2 RU2649539 C2 RU 2649539C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pole elements
supports
spacecraft
tanks
lower pole
Prior art date
Application number
RU2015148689A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015148689A (en
Inventor
Филипп Андреевич Казанкин
Анатолий Александрович Долгих
Сергей Алексеевич Булдашев
Антон Александрович Шеронов
Юрий Сергеевич Архипов
Андрей Юрьевич Кайгородцев
Original Assignee
Акционерное общество "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ" (АО "НИИМаш")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ" (АО "НИИМаш") filed Critical Акционерное общество "НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ" (АО "НИИМаш")
Priority to RU2015148689A priority Critical patent/RU2649539C2/en
Publication of RU2015148689A publication Critical patent/RU2015148689A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2649539C2 publication Critical patent/RU2649539C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/40Arrangements or adaptations of propulsion systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

FIELD: aviation.
SUBSTANCE: motor module of spacecraft (SC) has at least two rings and three fuel tanks with the upper pole elements, connected with the upper rings, and lower pole elements, that are the legs of the whole motor module, interacting with relevant SC supports, at least one high-pressure cylinder, rocket motors and control units. The lower pole elements are pivotally fixed on the supports of the motor module, and the upper pole elements are fixed to the upper ring with the ability to move, allowing rotation relative to the pivot fixing of the lower pole elements.
EFFECT: weight reduction and increased vibration resistance of the structure.
3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к конструкции двигательных установок космического назначения, а также к конструкции разгонных блоков, предназначенных для выведения полезной нагрузки на расчетную орбиту и коррекции этой орбиты.The invention relates to rocket and space technology, namely, to the design of propulsion systems for space purposes, as well as to the design of upper stages, designed to bring the payload to the calculated orbit and correct this orbit.

Известен ракетный разгонный блок, содержащий бак окислителя, со стержневой фермой подвески, тороидальный бак горючего с опорной стержневой фермой для сопряжения с ракетой-носителем. Баки соединены между собой силовой конструкцией, представляющей собой верхний шпангоут с баком окислителя и нижний шпангоут с баком горючего. Оба шпангоута связаны между собой стрингерами. Причем стержневые фермы подвески бака окислителя и полезной нагрузки опираются на верхний шпангоут, а нижний шпангоут взаимодействует с кронштейнами бака горючего и опорной стержневой фермой (патент РФ №21653779, МПК B64G 1/00, 1/16, 1/40, опубл. 20.04.2001, бюл. №11).Known rocket booster block containing the oxidizer tank, with a suspension rod truss, a toroidal fuel tank with a supporting rod truss for interfacing with a launch vehicle. The tanks are interconnected by a power structure, which is the upper frame with the oxidizer tank and the lower frame with the fuel tank. Both frames are interconnected by stringers. Moreover, the rod trusses of the oxidizer tank suspension and the payload are supported by the upper frame, and the lower frame interacts with the fuel tank arms and the support rod farm (RF patent No. 21553779, IPC B64G 1/00, 1/16, 1/40, publ. 20.04. 2001, bull. No. 11).

Недостатком известной конструкции является то, что рама двигательной установки (ДУ) несет силовую нагрузку от полной массы всех элементов ДУ при воздействии линейных ускорений до 10 g и более и ударных - до 1000 g. Следовательно, рама должна обеспечивать целостность и работоспособность всей конструкции с учетом полных нагрузок, при этом она будет иметь большую массу и большое количество силовых элементов: шпангоутов, стрингеров, ребер жесткости.A disadvantage of the known design is that the frame of the propulsion system (DU) carries a power load from the total mass of all elements of the DU when exposed to linear accelerations of up to 10 g or more and shock - up to 1000 g. Therefore, the frame should ensure the integrity and performance of the entire structure, taking into account the full loads, while it will have a large mass and a large number of power elements: frames, stringers, stiffeners.

Известен двигательный модуль (патент РФ №23766216, МПК B64G 1/40, опубл. 20.12.2009 г., бюл. №35), состоящий минимум из двух шпангоутов, топливных баков с полюсными элементами, баллонов высокого давления, ракетных двигателей управления полетом, агрегатов автоматики и управления, причем верхние полюсные элементы жестко соединены с верхним шпангоутом, а нижние полюсные элементы являются опорами всего двигательного модуля, взаимодействующими с соответствующими опорами космического аппарата, разгонного блока или ступени.Known engine module (RF patent No. 23766216, IPC B64G 1/40, publ. 12/20/2009, bull. No. 35), consisting of at least two frames, fuel tanks with pole elements, high-pressure cylinders, rocket engines flight control, automation and control units, moreover, the upper pole elements are rigidly connected to the upper frame, and the lower pole elements are the supports of the entire propulsion module, interacting with the corresponding supports of the spacecraft, upper stage or stage.

Эта конструкция по существу является прототипом предлагаемого решения. В данном двигательном модуле снижена масса, повышена технологичность и упрощена конструкция. Тем не менее, этот двигательный модуль имеет ряд недостатков:This design is essentially a prototype of the proposed solution. This engine module has reduced weight, improved manufacturability and simplified design. However, this propulsion module has several disadvantages:

- настройка положения центра масс при креплении топливных баков к опорам двигательного модуля требует наличия специальных приспособлений, усложняет сборку и перенастройку, увеличивает трудоемкость и снижает ремонтопригодность всего модуля;- adjusting the position of the center of mass when mounting the fuel tanks to the supports of the engine module requires special devices, complicates the assembly and reconfiguration, increases the complexity and reduces the maintainability of the entire module;

- положение осей баков относительно опор модуля и соответствующих опор космического летательного аппарата создает момент силы от составляющей силы, направленной по оси бака, на плече, равном расстоянию от центра площадки силовой опоры до линии вектора силы. Это может привести к низкочастотным колебаниям в процессе воздействия вибрационных нагрузок при выведении космического аппарата на орбиту, что в значительной степени снижает запас вибропрочности, а значит, требует увеличения массы опорных и других силовых элементов, приводит к усложнению конструкции за счет усиливающих жесткость конструкции элементов.- the position of the axes of the tanks relative to the supports of the module and the corresponding supports of the spacecraft creates a moment of force from the component of the force directed along the axis of the tank on the shoulder equal to the distance from the center of the platform of the power support to the line of the force vector. This can lead to low-frequency fluctuations during the action of vibrational loads when the spacecraft is put into orbit, which significantly reduces the vibration strength margin, which means that it requires an increase in the mass of supporting and other power elements, and leads to structural complexity due to elements reinforcing structural rigidity.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение массы, упрощение конструкции и повышение запасов вибропрочности и виброустойчивости, а значит, живучести конструкции.The objective of the invention is to reduce weight, simplify the design and increase the reserves of vibration and vibration resistance, and therefore, the survivability of the structure.

Предлагаемый двигательный модуль космического летательного аппарата состоит как минимум из двух шпангоутов и трех баков для компонентов топлива с верхними полюсными элементами, закрепленными на верхнем шпангоуте, и нижними полюсными элементами, являющимися опорами всего двигательного модуля, взаимодействующими с соответствующими опорами космического летательного аппарата, минимум одного баллона высокого давления, ракетных двигателей управления полетом, агрегатов управления.The proposed propulsion module of a spacecraft consists of at least two frames and three tanks for fuel components with upper pole elements mounted on the upper frame and lower pole elements, which are the supports of the entire propulsion module, interacting with the corresponding supports of the spacecraft, at least one balloon high pressure rocket engines flight control, control units.

Согласно изобретению нижние полюсные элементы шарнирно закреплены на опорах двигательного модуля, а верхние полюсные элементы закреплены на верхнем шпангоуте с возможностью перемещения, обеспечивающего поворот относительно шарнирного закрепления нижних полюсных элементов.According to the invention, the lower pole elements are pivotally mounted on the supports of the motor module, and the upper pole elements are mounted on the upper frame with the possibility of movement, providing rotation relative to the hinge fastening of the lower pole elements.

Для снижения или исключения момента силы в опорах двигательного модуля с целью предотвращения низкочастотных резонансных колебаний при воздействии вибронагрузок, повышения жесткости и виброустойчивости конструкции оси баков проходят через оси шарнирных соединений и через центр зоны силового контакта нижних полюсных элементов и опор космического летательного аппарата.To reduce or eliminate the moment of force in the supports of the engine module in order to prevent low-frequency resonance vibrations when exposed to vibroloads, increase the rigidity and vibration resistance of the structure, the axis of the tanks passes through the axis of the articulated joints and through the center of the power contact zone of the lower pole elements and supports of the spacecraft.

Для снижения массы и повышения запасов вибропрочности за счет увеличения плотности компоновки в зоне топливных баков, в межбаковом пространстве и на верхнем шпангоуте двигательного модуля могут быть расположены полезная нагрузка, дополнительные топливные баки или баллоны высокого давления.To reduce the mass and increase the reserves of vibration resistance by increasing the density of the arrangement in the area of the fuel tanks, in the inter-tank space and on the upper frame of the engine module, payload, additional fuel tanks or high-pressure cylinders can be located.

Предлагаемый двигательный модуль изображен на приведенных чертежах. На фиг. 1 показан разрез модуля. На фиг. 2 - вид этого модуля сверху (вместо тороидальных баллонов показаны шаровые, размещенные между баками для хранения компонентов топлива). На фиг. 3 приведен разрез места крепления верхнего полюсного элемента на верхнем шпангоуте. На фиг. 4 - вариант размещения дополнительных баков или баллонов.The proposed engine module is shown in the drawings. In FIG. 1 shows a section through a module. In FIG. 2 is a top view of this module (instead of toroidal balloons, ball-mounted, placed between the tanks for storing fuel components are shown). In FIG. Figure 3 shows a section through the attachment point of the upper pole element on the upper frame. In FIG. 4 - an option for placing additional tanks or cylinders.

Предлагаемый двигательный модуль (фиг. 1 и фиг. 2) состоит минимум из трех баков 1 для хранения компонентов топлива с газовой полостью 2 и топливной полостью 3, как минимум одного баллона высокого давления 4 для хранения газа наддува, двигателей 5 управления полетом космического летательного аппарата, агрегатов управления и автоматики 6, верхнего шпангоута 7 с пазами 8 (фиг. 3) для перемещения верхних полюсных элементов 9 топливных баков при изменении угла наклона их осей относительно опор двигательного модуля, нижнего шпангоута 10, нижних полюсных элементов 11 с шарнирными соединениями 12 для соединения с опорами 13 двигательного модуля, взаимодействующими с соответствующими опорами 14 космического аппарата. Баки равномерно расположены по окружности вокруг продольной оси двигательного модуля и закреплены за верхние полюсные элементы 9, например горловины, в пазах 8 на верхнем шпангоуте 7, являющемся силовой опорой, например, для полезной нагрузки (не показана).The proposed engine module (Fig. 1 and Fig. 2) consists of a minimum of three tanks 1 for storing fuel components with a gas cavity 2 and a fuel cavity 3, at least one high-pressure cylinder 4 for storing pressurized gas, spacecraft flight control engines 5 , control and automation units 6, the upper frame 7 with grooves 8 (Fig. 3) for moving the upper pole elements 9 of the fuel tanks when the angle of inclination of their axes relative to the supports of the motor module, the lower frame 10, the lower poles x elements 11 with swivel joints 12 for connection with the supports 13 of the propulsion module, interacting with the respective supports 14 of the spacecraft. The tanks are evenly spaced around the longitudinal axis of the motor module and are fixed to the upper pole elements 9, for example the neck, in the grooves 8 on the upper frame 7, which is a power support, for example, for a payload (not shown).

Использование шарниров для крепления нижних полюсных элементов 11 в опорах 13 двигательного модуля позволяет с наименьшими затратами выполнять сборку всего двигательного модуля, а также настройку положения его центра масс простым поворотом баков в шарнирном узле путем перемещения верхнего полюсного элемента 9 в пазах 8 шпангоута 7 с помощью, например, микрометрического винта 15. После настройки верхние полюсные элементы 9 фиксируются в пазах 8 крепежными элементами или, например, с помощью сварки.The use of hinges for mounting the lower pole elements 11 in the supports 13 of the motor module allows for the least cost to assemble the entire motor module, as well as adjusting the position of its center of mass by simply turning the tanks in the hinge assembly by moving the upper pole element 9 in the grooves 8 of the frame 7 using for example, a micrometer screw 15. After adjustment, the upper pole elements 9 are fixed in the grooves 8 with fasteners or, for example, by welding.

Для обеспечения прочности и устойчивости при воздействии динамических нагрузок оси баков проходят через оси шарнирных соединений 12 и центральную зону силового контакта соединения опор 13 двигательного модуля и опор 14 космического летательного аппарата. В этом случае получается геометрическая пирамида, закрепленная по углам ее основания, чем исключается возможность возникновения дополнительных сил и крутящих моментов в узлах крепления и возникновение низкочастотных вибраций в элементах конструкции модуля.To ensure strength and stability when exposed to dynamic loads, the axis of the tanks pass through the axis of the hinged joints 12 and the central zone of power contact of the connection of the supports 13 of the propulsion module and the supports 14 of the spacecraft. In this case, a geometric pyramid is obtained, fixed at the corners of its base, which eliminates the possibility of additional forces and torques in the attachment points and the occurrence of low-frequency vibrations in the structural elements of the module.

При формировании двигательного модуля, требующего повышенной плотности компоновки, на верхнем шпангоуте вместо полезной нагрузки может быть расположен дополнительный топливный бак или шар-баллон 16, во внешней зоне топливных баков могут быть расположены тороидальные топливные баки или баллоны 17, либо во внутренней зоне между топливными баками могут быть расположены дополнительные баки либо баллоны 18 (фиг. 4). Таким образом, отпадает необходимость в дополнительных элементах крепления баллонов, либо топливных баков, а также повышается жесткость и качество центровки ДУ. Это, в свою очередь, повышает виброустойчивость и снижает затраты топлива на управление ориентацией и стабилизацией космического летательного аппарата, улучшает габаритно-массовые характеристики двигательного модуля и космического летательного аппарата в целом, а также повышает их надежность и живучесть.When forming the engine module, which requires an increased density of the arrangement, an additional fuel tank or balloon 16 may be located on the upper frame instead of the payload, toroidal fuel tanks or cylinders 17 may be located in the outer zone of the fuel tanks or in the inner zone between the fuel tanks additional tanks or cylinders 18 can be located (Fig. 4). Thus, there is no need for additional fastening elements for cylinders or fuel tanks, and the rigidity and quality of centering of the remote control are also increased. This, in turn, increases vibration resistance and reduces fuel costs for controlling the orientation and stabilization of the spacecraft, improves the overall mass characteristics of the propulsion module and the spacecraft as a whole, and also increases their reliability and survivability.

Claims (3)

1. Двигательный модуль космического летательного аппарата, состоящий минимум из двух шпангоутов и трех баков для компонентов топлива с верхними полюсными элементами, соединенными с верхним шпангоутом, и нижними полюсными элементами, являющимися опорами всего двигательного модуля, взаимодействующими с соответствующими опорами космического летательного аппарата, минимум одного баллона высокого давления, ракетных двигателей управления полетом и агрегатов управления, отличающийся тем, что нижние полюсные элементы шарнирно закреплены на опорах двигательного модуля, а верхние полюсные элементы закреплены на верхнем шпангоуте с возможностью перемещения, обеспечивающего поворот относительно шарнирного закрепления нижних полюсных элементов.1. The propulsion module of a spacecraft, consisting of at least two frames and three tanks for fuel components with upper pole elements connected to the upper frame and lower pole elements, which are the supports of the entire propulsion module, interacting with the corresponding supports of the spacecraft, at least one high pressure cylinder, missile flight control engines and control units, characterized in that the lower pole elements are pivotally mounted on and the supports of the motor module, and the upper pole elements are mounted on the upper frame with the possibility of movement, providing rotation relative to the hinge fastening of the lower pole elements. 2. Двигательный модуль по п. 1, отличающийся тем, что оси баков компонентов топлива проходят через оси шарнирных соединений и через центр зоны силового контакта нижних полюсных элементов и опор космического летательного аппарата.2. The engine module according to claim 1, characterized in that the axis of the tanks of the fuel components pass through the axis of the articulated joints and through the center of the power contact zone of the lower pole elements and the supports of the spacecraft. 3. Двигательный модуль по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в зоне топливных баков, в межбаковом пространстве и на верхнем шпангоуте двигательного модуля могут быть расположены полезная нагрузка, дополнительные топливные баки или баллоны высокого давления.3. The engine module according to claim 1 or 2, characterized in that in the zone of the fuel tanks, in the inter-tank space and on the upper frame of the engine module, payload, additional fuel tanks or high-pressure cylinders can be located.
RU2015148689A 2015-11-12 2015-11-12 Motor module of spacecraft RU2649539C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148689A RU2649539C2 (en) 2015-11-12 2015-11-12 Motor module of spacecraft

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015148689A RU2649539C2 (en) 2015-11-12 2015-11-12 Motor module of spacecraft

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015148689A RU2015148689A (en) 2017-05-16
RU2649539C2 true RU2649539C2 (en) 2018-04-03

Family

ID=58715313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015148689A RU2649539C2 (en) 2015-11-12 2015-11-12 Motor module of spacecraft

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2649539C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4326684A (en) * 1978-05-30 1982-04-27 Hughes Aircraft Company Spacecraft with internal propulsion stages
RU2376216C2 (en) * 2007-11-14 2009-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП "НИИМаш") Spaceship engine module
RU2524483C1 (en) * 2013-02-20 2014-07-27 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Liquid propellant rocket engine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4326684A (en) * 1978-05-30 1982-04-27 Hughes Aircraft Company Spacecraft with internal propulsion stages
RU2376216C2 (en) * 2007-11-14 2009-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП "НИИМаш") Spaceship engine module
RU2524483C1 (en) * 2013-02-20 2014-07-27 Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Liquid propellant rocket engine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015148689A (en) 2017-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2662588C2 (en) Device for retaining tank in aircraft
CN104058102A (en) Eight-rod-connecting type non-contact satellite platform configuration and assembling method
EP3290344B1 (en) Toroidal support structures
CN104968567B (en) Storage tank retainer in aircraft
US8770513B2 (en) Resilient aircraft engine mounts and aircraft engine mounting systems including the same
RU2649539C2 (en) Motor module of spacecraft
Bittner et al. SOFIA primary mirror assembly: structural properties and optical performance
RU2758656C1 (en) Spacecraft for delivering payload to space body with small gravitational field
RU2393409C1 (en) Modular multi-seat shipboard launcher of vertical launch
RU2376216C2 (en) Spaceship engine module
AU2010201262B2 (en) Gyroplane
CN109763915B (en) Combined gas cylinder mounting assembly, mounting method and attitude control power system
CN114413689B (en) Rocket recovery system and recovery method
RU2673447C9 (en) Space vehicle
CN107255131B (en) One kind being based on the improved remote sensor damping isolation device of bi-pod supporting way
RU1637186C (en) Pylon of motor mounting on swept wing of aircraft
RU2621221C1 (en) Service system module
CN111021619A (en) Flexible boundary tensioning structure system
RU2629586C2 (en) Engine system of cosmic aircraft
RU2257311C2 (en) Non-ballast airship of transformable aerodynamic configuration and module articulation rod construction
RU2779010C1 (en) Transitional truss
CN103954272B (en) Flexible frame for gyroscope flywheel
CN110649363B (en) Deployable umbrella-shaped antenna back frame based on bricard mechanism
US20240199187A1 (en) System and devices for high altitidue atmospheric payload transportation and deployment
CN108548649B (en) Single-channel aerodynamic loading test system of simple pendulum thrust vectoring nozzle

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant