RU2675042C1

RU2675042C1 - Spacecraft landing device

Info

Publication number: RU2675042C1
Application number: RU2017137702A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Степанович Белицкий; Михаил Николаевич Жарков; Юрий Алексеевич Зорин; Юрий Николаевич Щиблев; Сергей Васильевич Владимиров; Дмитрий Олегович Белоногов; Виктор Владимирович Мадин
Original assignee: Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2018-12-14

Abstract

FIELD: astronautics.SUBSTANCE: invention relates to space technology, in particular to spacecraft landing devices. Landing gear contains landing supports, each of which includes a central stand, a cellular energy absorber and an attachment point to the body of the spacecraft, telescopic rod with extension mechanism, support plate hinged to the telescopic rod, two cables and a sliding stop. Force case is introduced into the landing support in the form of an isosceles trapezium, along which the cylindrical cavity is made along the axis of symmetry. Telescopic rod of the central pillar is installed in the cylindrical cavity on the side of the smaller base of the trapezium, and the power case on the side of the larger base is fixed in the compartment of the spacecraft by means of brackets. Mechanism of engagement of the rod with the piston and the cellular energy absorber in the folded position of the landing support are located inside the telescopic rod.EFFECT: technical result of the invention is to increase the safety of the landing of a spacecraft on the surface of a planet with complex terrain.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в тех областях, где необходимо осуществить мягкую посадку объекта, например, в ракетно-космической технике при посадке возвращаемого (посадочного) аппарата пилотируемого космического корабля на Землю или другие планеты по вертикальной схеме.The invention relates to the field of engineering and can be used in areas where it is necessary to soft-land an object, for example, in rocket and space technology when landing a return (landing) apparatus of a manned spacecraft on Earth or other planets in a vertical pattern.

Известна схема посадочного устройства, включающего четыре посадочных опоры, расположенные в корпусе космического корабля азимутально через 90°, описанная в патенте на изобретение RU №2521451 С2, 27.01.1998, МПК: F42B 15/36.The known scheme of the landing device, including four landing supports located in the hull of the spacecraft azimuthally through 90 °, described in the patent for invention RU No. 2521451 C2, 01/27/1998, IPC: F42B 15/36.

Посадочная опора включает центральную стойку, состоящую из главного цилиндра с сотовым энергопоглотителем, телескопического штока, расположенного внутри него пневматического механизма выдвижения телескопического штока и снабженную узлом крепления к корпусу космического корабля, а также опорную тарель, шарнирно связанную с телескопическим штоком, откидную раму, прикрепляемую к корпусу космического корабля при помощи кронштейнов, два подкоса, связанных с откидной рамой, устройство фиксации главного цилиндра в убранном положении, пневмопривод вращательного типа и датчик угла поворота рамы, установленные на оси вращения откидной рамы.The landing support includes a central rack consisting of a main cylinder with a honeycomb energy absorber, a telescopic rod, a pneumatic telescopic rod extension mechanism located inside it and equipped with an attachment unit to the spacecraft hull, as well as a support plate pivotally connected to the telescopic rod, a hinged frame attached to the spacecraft hull with brackets, two struts connected with a hinged frame, the device for fixing the main cylinder in the retracted position, stump moprivod type rotational angle sensor and the frame mounted on the axis of rotation of the hinged frame.

Известна также схема посадочного устройства космического корабля - ближайший аналог - прототип, описанный в патенте на изобретение RU №2621416.There is also known the scheme of the landing device of the spacecraft - the closest analogue is the prototype described in the patent for invention RU No. 2621416.

Посадочное устройство содержит четыре посадочных опоры, каждая из которых включает центральную стойку, имеющую главный цилиндр с сотовым энергопоглотителем и узел крепления к корпусу космического корабля, телескопический шток и механизм выдвижения телескопического штока, расположенный внутри него, опорную тарель, шарнирно связанную с телескопическим штоком, датчик угла поворота. Посадочная опора снабжена двумя тросами, при этом один конец троса соединен с телескопическим штоком со стороны опорной тарели, а второй конец троса закреплен в нише корпуса космического корабля, в котором размещена посадочная опора в исходном положении, а также введен раздвижной упор, шток которого соединен с главным цилиндром, а корпус - с поперечной балкой, закрепленной в нише, в которой размещена посадочная опора, а датчик угла поворота установлен на оси вращения раздвижного упора.The landing device contains four landing supports, each of which includes a central rack having a main cylinder with a honeycomb energy absorber and an attachment unit to the spacecraft hull, a telescopic rod and a telescopic rod extension mechanism located inside it, a support plate pivotally connected to the telescopic rod, a sensor angle of rotation. The landing support is equipped with two cables, while one end of the cable is connected to the telescopic rod from the side of the support plate, and the second end of the cable is fixed in the niche of the spacecraft body, in which the landing support is placed in the initial position, and a sliding stop is introduced, the rod of which is connected to the main cylinder, and the body - with a transverse beam fixed in a niche in which the landing support is located, and the angle sensor is mounted on the axis of rotation of the sliding stop.

Указанная схема обеспечивает более высокую степень устойчивости корабля к опрокидыванию, чем схема-аналог посадочного устройства, однако в определенных условиях посадки космического корабля не обеспечивается необходимое значение клиренса, что может привести к контакту корпуса космического корабля с грунтом, его деформации и, как следствие, к потере многоразовости космического корабля. Это может наступить, например, при неблагоприятном сочетании вертикальной и горизонтальной скоростей космического корабля, углов его подхода к посадочной поверхности и угла наклона самой поверхности или при наличии локального препятствия (кочки). В этом случае - при повышенных значениях нагрузок, действующих в боковом направлении, и наличия относительно высокого коэффициента трения скольжения (титан по стали) в паре шток-цилиндр возможно заклинивание штока в цилиндре и, следовательно, передача усилия на конструкцию космического корабля, а не поглощение этого усилия сотовым энергопоглотителем.The specified scheme provides a higher degree of stability of the vehicle to capsize than the analogue scheme of the landing device, however, under certain conditions of landing the spacecraft, the necessary clearance is not provided, which can lead to contact of the spacecraft’s hull with the ground, its deformation and, as a result, loss of spacecraft reusability. This can occur, for example, with an unfavorable combination of the vertical and horizontal speeds of the spacecraft, the angles of its approach to the landing surface and the angle of inclination of the surface itself or in the presence of a local obstacle (hump). In this case, with increased lateral loads and the presence of a relatively high coefficient of sliding friction (titanium over steel) in the rod-to-cylinder pair, it is possible to jam the rod in the cylinder and, therefore, transmit the force to the spacecraft structure rather than absorption this effort by a cellular energy absorber.

Задачей предлагаемого посадочного устройства является повышение безопасности посадки космического корабля сегментно-конической формы.The objective of the proposed landing device is to increase the safety of landing a spacecraft in a segmented-conical shape.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение безопасности посадки космического корабля на поверхности планеты со сложным рельефом.The technical result of the present invention is to increase the safety of a spacecraft landing on the surface of a planet with a complex relief.

Технический результат достигается за счет того, что в посадочном устройстве космического корабля, содержащем посадочные опоры, каждая из которых включает центральную стойку, сотовый энергопоглотитель и узел крепления к корпусу космического корабля, телескопический шток и механизм выдвижения телескопического штока, расположенный внутри него, опорную тарель, шарнирно связанную с телескопическим штоком, датчик угла поворота, датчик выдвижения штока, два троса и раздвижной упор, шток которого соединен с главным цилиндром, а корпус - с поперечной балкой, закрепленной в нише, в которой размещена посадочная опора, в отличие от известного, что в нее введен силовой корпус, выполненный в виде равнобедренной трапеции, вдоль оси симметрии которой выполнена цилиндрическая полость, при этом телескопический шток центральной стойки установлен в цилиндрическую полость со стороны основания меньшего размера, а силовой корпус со стороны основания большего размера закреплен посредством кронштейнов в отсеке космического корабля, при этом механизм зацепления штока с поршнем и сотовый энергопоглотитель в сложенном положении посадочной опоры расположен внутри телескопического штока.The technical result is achieved due to the fact that in the landing device of the spacecraft containing landing supports, each of which includes a central rack, a cellular energy absorber and a mount to the spacecraft’s hull, a telescopic rod and a telescopic rod extension mechanism located inside it, a support plate, pivotally connected to a telescopic rod, a rotation angle sensor, a rod extension sensor, two cables and a sliding stop, the rod of which is connected to the main cylinder, and the body - to the boot a river beam fixed in a niche in which the landing support is placed, in contrast to the known one, that a power housing is made in it, made in the form of an isosceles trapezoid, along the axis of symmetry of which a cylindrical cavity is made, while the telescopic rod of the central rack is installed in a cylindrical cavity with the sides of the base are smaller, and the power housing on the side of the base of the larger size is fixed by means of brackets in the spacecraft compartment, while the rod engaging mechanism with the piston and the cell the absorber in the folded position of the landing support is located inside the telescopic rod.

Таким образом, благодаря данному техническому решению центральная стойка воспринимает повышенное боковое нагружение, возникающее например, при попадании опорной тарели на локальное препятствие (кочку), что увеличивает безопасность посадки космического корабля на поверхности планеты со сложным рельефом.Thus, thanks to this technical solution, the central rack perceives increased lateral loading, which occurs, for example, when a support plate hits a local obstacle (hump), which increases the safety of landing a spaceship on a planetary surface with a complex relief.

Осуществление заявленного технического решения поясняется с помощью чертежей посадочного устройства, в которых представлена посадочная опора с центральной стойкой, усиленной в боковом направлении:The implementation of the claimed technical solution is illustrated with the help of drawings of the landing device, which presents the landing support with a central rack, reinforced in the lateral direction:

на фиг. 1 - посадочная опора предлагаемого посадочного устройства в сложенном виде;in FIG. 1 - landing support of the proposed landing device when folded;

фиг. 2 - чертеж центральной стойки в сложенном виде;FIG. 2 is a drawing of a central rack when folded;

фиг. 3 - посадочная опора в рабочем (раскрытом) положении.FIG. 3 - landing support in the working (open) position.

На чертежах цифрами обозначены:In the drawings, the numbers indicate:

1 - силовой корпус;1 - power building;

2 - телескопический шток;2 - telescopic rod;

3 - механизм выдвижения телескопического штока;3 - telescopic rod extension mechanism;

4 - механизм зацепления штока с поршнем;4 - the mechanism of engagement of the rod with the piston;

5 - сотовый энергопоглотитель;5 - cellular energy absorber;

6 - опорная тарель;6 - supporting plate;

7 - раздвижной упор;7 - sliding emphasis;

8 - поперечная балка;8 - transverse beam;

9 - тросы;9 - cables;

10 - узел крепления тросов;10 - cable mount;

На фиг. 1 представлена посадочная опора предлагаемого посадочного устройства в сложенном виде. Силовой корпус в форме равнобедренной трапеции обозначен поз.1.In FIG. 1 shows the landing support of the proposed landing device when folded. The power case in the form of an isosceles trapezoid is designated by pos. 1.

На фиг. 2 представлен чертеж центральной стойки в сложенном виде, на котором показан телескопический шток 2, механизм выдвижения телескопиического штока 3, механизм зацепления штока с поршнем 4, сотовый энергопоглотитель 5, состоящий, например, из шести сотоэлементов большого диаметра и пяти сотоэлементов меньшего диаметра, опорная тарель 6, соединенная с телескопическим штоком с помощью шарового подшипника. В отличие от прототипа механизм зацепления штока с поршнем 4 и сотовый энергопоглотитель 5 расположены внутри телескопического штока 2.In FIG. 2 is a drawing of the central rack in folded form, which shows the telescopic rod 2, the telescopic rod extension mechanism 3, the rod engagement mechanism with the piston 4, the cellular energy absorber 5, consisting, for example, of six large diameter cells and five smaller diameter cells, a support plate 6, connected to the telescopic rod using a ball bearing. In contrast to the prototype, the mechanism of engagement of the rod with the piston 4 and the cellular energy absorber 5 are located inside the telescopic rod 2.

На фиг. 3 показано посадочное устройство, на котором посадочная опора представлена в рабочем (раскрытом) положении. Посадочная опора включает в себя центральную стойку, состоящую из силового корпуса 1, телескопического штока 2 и опорной тарели 6, тросов 9, раздвижного упора 7. Раздвижной упор с одной стороны крепится к корпусу 1, а с другой связан с поперечной балкой 8. Тросы 9 с помощью узла крепления тросов 10 крепятся к телескопическому штоку 2, а другими концами к отсеку корпуса космического корабля.In FIG. 3 shows a landing device on which the landing support is presented in a working (open) position. The landing support includes a central rack, consisting of a power housing 1, a telescopic rod 2 and a support plate 6, cables 9, a sliding stop 7. The sliding stop is attached to the housing 1 on one side and connected to the transverse beam 8. On the other hand, cables 9. using the attachment point of the cables 10 are attached to the telescopic rod 2, and the other ends to the compartment of the spacecraft hull.

Силовой корпус 1 представляет собой деталь в форме равнобедренной трапеции, вдоль оси симметрии которой выполнена цилиндрическая полость, внутри которой расположен телескопический шток 2, имеющий выход из силового корпуса со стороны основания меньшего размера.The power casing 1 is a part in the form of an isosceles trapezoid, along the axis of symmetry of which a cylindrical cavity is made, inside of which there is a telescopic rod 2 having an exit from the power casing from the base side of a smaller size.

При нахождении посадочной опоры в сложенном положении телескопический шток 2 расположен внутри силового корпуса 1, при этом внутри телескопического штока расположены следующие узлы: механизм выдвижения телескопического штока 3, сотовый энергопоглотитель 5, механизм зацепления штока с поршнем 4, взаимодействующий с сотовым энергопоглотителем.When the landing support is in the folded position, the telescopic rod 2 is located inside the power housing 1, while the following nodes are located inside the telescopic rod: the telescopic rod extension mechanism 3, the cellular energy absorber 5, the rod engagement mechanism with the piston 4, interacting with the cellular energy absorber.

При раскрытии посадочного устройства телескопический шток 2 выдвигается с помощью механизма выдвижения 3, в конце своего хода образует жесткую связь с поршнем механизма зацепления 4.When the landing gear is opened, the telescopic rod 2 is extended using the extension mechanism 3, at the end of its stroke forms a rigid connection with the piston of the gearing mechanism 4.

Следствием такой компоновки, при которой сотовый энергопоглотитель и механизм зацепления штока с поршнем могут быть расположены не внутри главного цилиндра как в прототипе, а внутри телескопического штока, является увеличение наружного диаметра телескопического штока, например, более чем в 1,5 раза, что существенно повышает его жесткость и устойчивость при действии бокового нагружения.The consequence of this arrangement, in which the cellular energy absorber and the mechanism of engagement of the rod with the piston can be located not inside the main cylinder as in the prototype, but inside the telescopic rod, is an increase in the outer diameter of the telescopic rod, for example, by more than 1.5 times, which significantly increases its rigidity and stability under the action of lateral loading.

Центральная стойка посредством силового корпуса 1 через два кронштейна присоединяется к отсеку космического корабля. Трапецеидальная форма силового корпуса в сочетании с увеличенным диаметром телескопического штока придает жесткость конструкции и обеспечивает усиление центральной стойки при действии на телескопический шток 2 бокового нагружения.The Central rack through the power housing 1 through two brackets attached to the compartment of the spacecraft. The trapezoidal shape of the power housing in combination with the increased diameter of the telescopic rod gives structural rigidity and provides reinforcement of the central rack when the telescopic rod 2 is subjected to lateral loading.

Рассмотрим работу посадочного устройства.Consider the operation of the landing device.

Считаем, что центральные стойки четырех посадочных опор переведены из исходного (сложенного) положения в рабочее (раскрытое) положение.We believe that the central racks of the four landing supports are transferred from the initial (folded) position to the working (open) position.

Рабочее положение посадочной опоры характеризуется следующими факторами:The working position of the landing support is characterized by the following factors:

- телескопический шток 2 центральной стойки выдвинут, при этом поршень под сотовым энергопоглотителем и телескопический шток находятся в зацеплении;- the telescopic rod 2 of the central rack is extended, while the piston under the cellular energy absorber and the telescopic rod are engaged;

- поршень раздвижного упора 7 выдвинут и находится в зацеплении со своим корпусом через муфту обратного хода;- the piston of the sliding stop 7 is extended and is engaged with its housing through a reverse clutch;

- тросы 9 натянуты с помощью раздвижного упора.- cables 9 are tensioned using a sliding stop.

При контакте центральной стойки с посадочной поверхностью в случае, например, попадания опорной тарели в локальное препятствие на телескопический шток может воздействовать боковое усилие, которое благодаря выбранной форме силового корпуса, распределяется по конструкции центральной стойки, при этом исключается возможность заклинивания штока в силовом корпусе центральной стойки и обеспечивается беспрепятственное втягивание штока внутрь силового корпуса. При этом за счет работы сотовых энергопоглотителей, которые расположены под поршнем, находящимся в зацеплении со штоком, осуществляется их смятие, что приводит к гашению посадочного удара.When the central rack contacts the landing surface in the case, for example, of the support plate falling into a local obstacle, the lateral force can be affected by the telescopic rod, which, due to the selected shape of the power case, is distributed over the design of the central rack, thereby eliminating the possibility of stem jamming in the power case of the central rack and provides unhindered retraction of the rod into the power housing. At the same time, due to the operation of cellular energy absorbers, which are located under the piston, which is meshed with the rod, they are crushed, which leads to the suppression of the landing impact.

Claims

The spacecraft’s landing gear containing landing gears, each of which includes a central pillar, a cellular energy absorber, a telescopic rod and a telescopic rod extension mechanism located inside it, a support plate pivotally connected to the telescopic rod, a rotation angle sensor, a rod extension sensor, two cables and a sliding emphasis, characterized in that a power housing is introduced in it, made in the form of an isosceles trapezoid, along the axis of symmetry of which a cylindrical cavity is made, at In this case, the telescopic rod of the central rack is installed in a cylindrical cavity from the side of the smaller base, and the power case from the side of the larger base is fixed by means of brackets in the spacecraft compartment, while the rod engaging mechanism with the piston and the cellular energy absorber in the folded position of the landing support are located inside the telescopic rod .