RU2762883C1

RU2762883C1 - Adapter

Info

Publication number: RU2762883C1
Application number: RU2021118547A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Петрович Макаров; Кирилл Владимирович Закатаев; Мария Петровна Кашина; Сергей Александрович Ильин; Евгений Сергеевич Чиханов
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина"
Priority date: 2021-06-25
Filing date: 2021-06-25
Publication date: 2021-12-23

Abstract

FIELD: space technology.

SUBSTANCE: invention relates to the field of space technology, and more specifically to adapters for connecting compartments and blocks of aircraft. The adapter contains truncated conical shell made entirely with two end frames of different diameters. The upper frame of adapter is provided with holes evenly spaced along it, made to ensure that mounting elements of the upper frame with payload can be placed in it. The adapter is made with a height not less than 6 times smaller than diameter of the lower frame. The adapter shell is made with a smooth increase in its thickness during transition from frame with a smaller diameter to frame with a larger diameter, and inclination angles forming outer and inner surfaces of the shell to longitudinal axis of adapter are chosen close to 45 and 50 degrees, respectively. The shell is equipped with cutouts made in form of isosceles triangles with rounded top, the sides of which are connected to support nodes of adapter lower frame. Each of cutouts is made with a height not less than 2 times less than the height of the adapter. In each of longitudinal planes aligned with axes of support nodes holes of adapter lower frame, and in each of longitudinal planes aligned with vertices of these cutouts, the axis of one of the holes of the upper frame is placed.

EFFECT: expansion of functionality is achieved.

1 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к элементам ракетно-космической техники, а именно к конструкциям, предназначенным для соединения отсеков и блоков летательных аппаратов друг с другом.The invention relates to elements of rocket and space technology, namely to structures designed to connect compartments and blocks of aircraft with each other.

При проектировании указанных конструкций - ферм, адаптеров, проставок, переходников учитываются не только действующие на них в процессе выведения на ОИСЗ нагрузки и их характер, но и накладываемые на адаптер геометрические ограничения. Из уровня техники известно значительное число технических решений ферм, переходников, проставок, адаптеров, обеспечивающих соединение отсеков ракет-носителей друг с другом, их соединение с разгонными блоками и космическими аппаратами. Однако эти решения не позволяют конструкции адаптера в полной мере выполнить сочетание следующих требований:When designing these structures - trusses, adapters, spacers, adapters, not only the loads acting on them during the transfer to the OISZ and their nature are taken into account, but also the geometric constraints imposed on the adapter. A significant number of technical solutions of farms, adapters, spacers, adapters are known from the prior art, which ensure connection of the carrier rockets compartments with each other, their connection with upper stages and spacecraft. However, these solutions do not allow the adapter design to fully meet the combination of the following requirements:

- по определенному соотношению его геометрических размеров, например, по выполнению верхнего торцевого шпангоута с диаметром на 30…25 процентов и с высотой адаптера, не менее чем в 6 раз меньшими диаметра нижнего торцевого шпангоута адаптера,- according to a certain ratio of its geometric dimensions, for example, according to the execution of the upper end frame with a diameter of 30 ... 25 percent and with an adapter height not less than 6 times smaller than the diameter of the lower end frame of the adapter,

- по несущей способности адаптера, допускающую возможность выведения на ОИСЗ космических аппаратов большой массы (до 3000 кг и выше),- according to the bearing capacity of the adapter, allowing the possibility of launching spacecraft of large mass (up to 3000 kg and more) to the AESZ,

- по возможности передачи верхним шпангоутом на космический аппарат распределенной нагрузки со степенью неравномерности, допускающей использование ленточной системы разделения.- if possible, the upper frame transferring to the spacecraft a distributed load with a degree of irregularity that allows the use of a strip separation system.

Из уровня техники широко известны ферменные отсеки для соединения отсеков летательных аппаратов между собой (см., например, А.В. Туманов. «Основы компоновки бортового оборудования космических аппаратов», изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, стр. 152-158), патенты РФ 2617162, 24120088, 2422335, патент США 5605308, патент Китая CN 106564619). При этом фермы содержат опорные узлы, размещенные в верхнем и нижнем поясах фермы, и стержневую решетку, соединяющую ее опорные узлы. Фермы не обеспечивают передачу опорными узлами верхнего пояса фермы распределенной нагрузки на космический аппарат.From the prior art, truss compartments are widely known for connecting the compartments of aircraft to each other (see, for example, A.V. Tumanov. "Basics of the layout of onboard equipment for spacecraft", ed. MSTU named after NE Bauman, p. 152- 158), RF patents 2617162, 24120088, 2422335, US patent 5605308, Chinese patent CN 106564619). In this case, the trusses contain support nodes located in the upper and lower chords of the truss, and a bar lattice connecting its support nodes. The trusses do not provide the transfer of the distributed load to the spacecraft by the support nodes of the upper chord of the truss.

Из уровня техники (см., например, патенты РФ 2189907, патент Украины 80338U, патенты КНР CN 102372094, Республики Корея KR 20110051802) известны адаптеры, содержащие верхний шпангоут - шпангоут меньшего диаметра, нижний шпангоут - шпангоут большего диаметра, оболочку, выполненную в виде усеченного конуса, и элементы крепления адаптера со смежными элементами летательного аппарата. Выполнение конической оболочки в указанных технических решениях адаптеров с углом наклона ее образующей к продольной оси адаптера под углами от 5 до 15 градусов не позволяет выполнить адаптер, обеспечивающий указанные требования по соотношениям диаметра нижнего торцевого шпангоута с диаметром верхнего шпангоута и с высотой адаптера.From the prior art (see, for example, RF patents 2189907, Ukrainian patent 80338U, PRC patents CN 102372094, Republic of Korea KR 20110051802) adapters are known containing an upper frame - a frame of a smaller diameter, a lower frame - a frame of a larger diameter, a shell made in the form truncated cone, and fastening elements of the adapter with adjacent elements of the aircraft. The implementation of the conical shell in the indicated technical solutions of the adapters with the angle of inclination of its generatrix to the longitudinal axis of the adapter at angles from 5 to 15 degrees does not allow the adapter to meet the specified requirements for the ratio of the diameter of the lower end frame to the diameter of the upper frame and the height of the adapter.

Особенностью адаптера, известного из патента ЕПВ 2657136, является его выполнение из двух соосных конических оболочек - наружной и внутренней оболочек. Образующие поверхности конических оболочек наклонены к продольной оси адаптера под разными углами - угол наклона внешней оболочки превышает угол наклона внутренней оболочки. Торцы оболочек соединены друг с другом упругими элементами - пластинчатыми пружинами. Кроме того, в средней по высоте части адаптера между наружной и внутренней оболочками установлен вязкоупругий элемент, при этом остальная часть внутреннего объема адаптера является полой. Внутренняя коническая оболочка адаптера соединяется с полезной нагрузкой, а внешняя коническая оболочка - с ракетой-носителем. Конструкция адаптера ослабляет вибрационные воздействия на полезную нагрузку на этапе выведения ее на ОИСЗ. Однако несущая способность адаптера является недостаточной, несмотря на наличие на внутренних сторонах оболочек адаптера продольных ребер жесткости.A special feature of the adapter known from the EPO 2657136 patent is its execution from two coaxial conical shells - the outer and inner shells. The generatrix surfaces of the conical shells are inclined to the longitudinal axis of the adapter at different angles - the angle of inclination of the outer shell exceeds the angle of inclination of the inner shell. The ends of the shells are connected to each other by elastic elements - leaf springs. In addition, a viscoelastic element is installed in the middle-height part of the adapter between the outer and inner shells, while the rest of the inner volume of the adapter is hollow. The inner tapered shell of the adapter connects to the payload and the outer tapered shell to the launch vehicle. The adapter design reduces vibration effects on the payload at the stage of its delivery to the AES. However, the bearing capacity of the adapter is insufficient despite the presence of longitudinal stiffeners on the inner sides of the adapter shells.

В технических решениях адаптеров, выполненных в соответствии с патентами РФ 2209162 и 183999U1, КНР CN 106184827, образующая боковой поверхности конической оболочки адаптера наклонена к его продольной оси под углом, близким 30 градусам.In the technical solutions of adapters made in accordance with RF patents 2209162 and 183999U1, PRC CN 106184827, the lateral surface of the conical shell of the adapter is inclined to its longitudinal axis at an angle close to 30 degrees.

Адаптер, известный из патента РФ на полезную модель №183999U1 (МПК B64G 1/22, опубл. 11.110.2018), содержит верхний и нижний торцевые шпангоуты, снабженные средствами соединения с космическим аппаратом и ракетой-носителем соответственно, и усеченную коническую оболочку, выполненную с углом наклона образующей к продольной оси адаптера, близким 30 градусам. Опорные узлы шпангоутов адаптера выполнены с обеспечением возможности восприятия от ракеты-носителя и передачи на космический аппарат сосредоточенных нагрузок, что не обеспечивает выполнение указанных требований к адаптеру, подлежащему разработке.The adapter, known from the RF patent for utility model No. 183999U1 (IPC B64G 1/22, publ. 11.110.2018), contains upper and lower end frames equipped with means for connecting to a spacecraft and a launch vehicle, respectively, and a truncated conical shell made with an angle of inclination of the generatrix to the longitudinal axis of the adapter, close to 30 degrees. The support nodes of the adapter frames are made to provide the possibility of perception from the launch vehicle and transfer of concentrated loads to the spacecraft, which does not ensure the fulfillment of the specified requirements for the adapter to be developed.

Оболочка адаптера в рассматриваемой полезной модели снабжена вырезами, выполненными в виде круговых сегментов, размещенных между опорными узлами нижнего шпангоута, примыкающих к нижнему шпангоуту адаптера и по высоте перекрывающими около 40 процентов высоты оболочки адаптера Размеры краевых вырезов в оболочке не являются оптимальными и могут быть без ущерба для несущей способности адаптера увеличены.The shell of the adapter in the considered utility model is provided with cutouts made in the form of circular segments located between the support nodes of the lower frame adjacent to the lower frame of the adapter and overlapping in height about 40 percent of the height of the shell of the adapter Dimensions of the edge cutouts in the shell are not optimal and can be without prejudice for the carrying capacity of the adapter increased.

Недостаточная несущая способность адаптера в указанном решении может быть повышена за счет введения в конструкцию продольных силовых элементов, пропущенных между опорными узлами верхнего и нижнего шпангоутов. Так как оболочка адаптера этого решения выполнена из полимерных материалов то, как крепление продольных силовых элементов к оболочке адаптера, так и оболочки адаптера к шпангоутам производится с использованием заклепочных соединений. Наличие в конструкции адаптера заклепочных соединений уменьшает надежность соединения за счет наличия дополнительных деталей (заклепок и накладок).Insufficient bearing capacity of the adapter in this solution can be increased by introducing into the structure of the longitudinal load-bearing elements passed between the support nodes of the upper and lower frames. Since the adapter shell of this solution is made of polymeric materials, the fastening of the longitudinal load-bearing elements to the adapter shell and the adapter shell to the frames is performed using riveted joints. The presence of riveted joints in the adapter design reduces the reliability of the connection due to the presence of additional parts (rivets and linings).

Ближайшим аналогом изобретения является адаптер, известный из патента РФ на изобретение 2209162 (МПК B64G 1/64, опубл. 23.07.2003).The closest analogue of the invention is the adapter known from the RF patent for invention 2209162 (IPC B64G 1/64, publ. 23.07.2003).

Адаптер в соответствии с указанным изобретением содержит коническую оболочку с двумя торцевыми шпангоутами разного диаметра, причем верхний шпангоут - шпангоут меньшего диаметра, выполнен с возможностью его соединения с полезной нагрузкой, а нижний шпангоут - шпангоут большего диаметра, выполнен с возможностью его крепления к ракете-носителю.The adapter in accordance with the specified invention contains a conical shell with two end frames of different diameters, and the upper frame - a frame of a smaller diameter, made with the possibility of connecting it to the payload, and the lower frame - a frame of a larger diameter, made with the possibility of its attachment to the launch vehicle ...

В ближайшем аналоге оболочка выполнена переменной толщины: при переходе от верхнего к нижнему шпангоуту максимальная толщина оболочки вблизи верхнего шпангоута ступенчато уменьшается до минимальной толщины в средней части по высоте адаптера, далее вблизи середины высоты оболочки и вблизи нижнего шпангоута толщина оболочки дважды ступенчато увеличивается. При этом внутренняя поверхность оболочки выполнена гладкой - без уступов и выступов, а наружная поверхность выполнена с уступом и выступами.In the closest analogue, the shell is made of variable thickness: when passing from the upper to the lower frame, the maximum shell thickness near the upper frame decreases stepwise to the minimum thickness in the middle part of the adapter height, then near the middle of the shell height and near the lower frame, the shell thickness increases twice stepwise. In this case, the inner surface of the shell is made smooth - without ledges and protrusions, and the outer surface is made with a step and protrusions.

В ближайшем аналоге оболочка и верхний и нижний шпангоуты выполнены зацело в виде одной детали с углом наклона образующей конической поверхности под углом, близким 32 градусов.In the closest analogue, the shell and the upper and lower frames are made in one piece in the form of one piece with an angle of inclination of the generatrix of the conical surface at an angle close to 32 degrees.

В ближайшем аналоге на верхнем шпангоуте - шпангоуте меньшего диаметра, выполнены двойные лапки с отверстиями под установку элементов системы разделения с полезной нагрузкой. На нижнем шпангоуте - на шпангоуте большего диаметра, выполнены опорные узлы с отверстиями под соединительные элементы для крепления адаптера к ракете-носителю.In the closest analogue, on the upper frame - a frame of a smaller diameter, double legs are made with holes for the installation of elements of the separation system with a payload. On the lower frame - on a larger diameter frame, support nodes are made with holes for connecting elements for attaching the adapter to the launch vehicle.

Это техническое решение, как и решение по патенту РФ №183999U1, не обеспечивает выполнение поставленных геометрических требований к адаптеру. Так в ближайшем аналоге отношение величины диаметра нижнего торцевого шпангоута к высоте адаптера, близкое к 3, определяет существенную высоту адаптера, что обуславливает значительную массу адаптера. Кроме того, сравнительно большая высота и относительно небольшая толщина конической оболочки определяет относительно низкие жесткостные характеристики адаптера, что ведет к ухудшению динамических характеристик космической головной части. Кроме того, относительно невысок и коэффициент запаса по устойчивости высокой тонкостенной оболочечной конструкции к продольному сжатию.This technical solution, as well as the solution under the RF patent No. 183999U1, does not ensure the fulfillment of the geometrical requirements for the adapter. So in the closest analogue, the ratio of the diameter of the lower end frame to the height of the adapter, close to 3, determines the significant height of the adapter, which causes a significant mass of the adapter. In addition, the relatively high height and relatively small thickness of the conical shell determines the relatively low stiffness characteristics of the adapter, which leads to a deterioration in the dynamic characteristics of the space warhead. In addition, the safety factor for the resistance of a high thin-walled shell structure to longitudinal compression is also relatively low.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является разработка конструкции адаптера, отвечающего поставленным геометрическим требованиям к адаптеру в сочетании с возможностью передачи на космический аппарат распределенной нагрузки и несущей способностью, достаточной для выведения космических аппаратов массой до 3500 кг.The technical problem solved by the invention is the development of an adapter design that meets the geometrical requirements for the adapter in combination with the possibility of transferring a distributed load to the spacecraft and carrying capacity sufficient for launching spacecraft weighing up to 3500 kg.

Техническая проблема решается изобретением следующим образом.The technical problem is solved by the invention as follows.

Как и ближайший аналог, адаптер в соответствии с изобретением содержит усеченную коническую оболочку, выполненную зацело с двумя торцевыми шпангоутами разного диаметра. Верхний шпангоут выполнен с возможностью его соединения с полезной нагрузкой, а нижний шпангоут снабжен опорными узлами для соединения его со смежным блоком ракеты-носителя. Толщина оболочки адаптера при переходе от верхнего шпангоута к нижнему выполнена переменной толщины.Like the closest analogue, the adapter in accordance with the invention contains a truncated conical shell made in one piece with two end frames of different diameters. The upper frame is made with the possibility of connecting it to the payload, and the lower frame is equipped with support units for connecting it to the adjacent block of the launch vehicle. The thickness of the adapter shell during the transition from the upper frame to the lower one is made of variable thickness.

В отличие от ближайшего аналога верхний шпангоут адаптера снабжен равномерно размещенными вдоль него отверстиями, выполненными с обеспечением возможности размещения в них элементов соединения верхнего шпангоута с полезной нагрузкой.In contrast to the closest analogue, the upper frame of the adapter is provided with holes evenly spaced along it, made with the possibility of placing in them the elements of the connection of the upper frame with the payload.

В отличие от ближайшего аналога адаптер выполнен с высотой, не менее чем в 6 раз меньшей диаметра нижнего шпангоута. Оболочка шпангоута выполнена с плавным увеличением ее толщины при переходе от верхнего шпангоута к нижнему шпангоуту.Unlike the closest analogue, the adapter is made with a height not less than 6 times less than the diameter of the lower frame. The shell of the frame is made with a smooth increase in its thickness during the transition from the upper frame to the lower frame.

При этом углы наклона образующих наружной и внутренней поверхностей оболочки к продольной оси адаптера выбраны близкими 50 и 45 градусам соответственно. Сочетание в конструкции указанных признаков позволяет разработать адаптер относительно небольшой высоты в сочетании с высокой несущей способностью и выполнением заданных отношений диаметров шпангоутов и высоты адаптера. Это позволяет улучшить общую центровку изделия за счет повышения жесткостных характеристик и оптимизации геометрии адаптера.In this case, the angles of inclination of the generatrices of the outer and inner surfaces of the shell to the longitudinal axis of the adapter are chosen to be close to 50 and 45 degrees, respectively. The combination of these features in the design makes it possible to develop an adapter of a relatively small height in combination with a high bearing capacity and fulfillment of the specified ratios of the diameters of the frames and the height of the adapter. This improves the overall alignment of the product by increasing the stiffness characteristics and optimizing the adapter geometry.

В отличие от ближайшего аналога оболочка снабжена вырезами, выполненными в виде равнобедренных треугольников со скругленной вершиной, боковые стороны которых соединены с опорными узлами нижнего шпангоута адаптера, причем каждый из вырезов выполнен с высотой, не менее чем в 2 раза меньшей высоты адаптера. Это в сочетании с выполнением оболочки адаптера с толщиной, плавно увеличивающейся при переходе от верхнего к нижнему шпангоуту адаптера, позволяет уменьшить массу адаптера и, обеспечивая оптимальную передачу сосредоточенной нагрузки от опорных узлов через оболочку адаптера к верхнему шпангоуту, позволяет повысить несущую способность адаптера. Кроме того, наличие вырезов в оболочке адаптера, обеспечивая доступ в его внутреннюю полость, сокращает время сборки головной части ракеты-носителя.In contrast to the closest analogue, the shell is equipped with cutouts made in the form of isosceles triangles with a rounded apex, the sides of which are connected to the support nodes of the lower frame of the adapter, and each of the cutouts is made with a height not less than 2 times less than the height of the adapter. This, in combination with the implementation of the adapter shell with a thickness that gradually increases in the transition from the upper to the lower frame of the adapter, allows to reduce the weight of the adapter and, providing optimal transfer of the concentrated load from the support nodes through the shell of the adapter to the upper frame, allows to increase the bearing capacity of the adapter. In addition, the presence of cutouts in the shell of the adapter, providing access to its internal cavity, reduces the assembly time of the launch vehicle head.

Кроме того, в изобретении в каждой из продольных плоскостей, совмещенных с осями отверстий опорных узлов нижнего шпангоута фермы, и в каждой из плоскостей, совмещенных с вершинами вырезов, размещена ось одного из отверстий верхнего шпангоута адаптера. Это, в сочетании с указанной формой вырезов обеспечивает передачу на космический аппарат распределенной нагрузки с высокой степенью равномерности.In addition, in the invention, in each of the longitudinal planes aligned with the axes of the holes of the support nodes of the lower frame of the truss, and in each of the planes aligned with the tops of the cutouts, the axis of one of the holes of the upper frame of the adapter is located. This, in combination with the specified shape of the cutouts, ensures that a distributed load is transmitted to the spacecraft with a high degree of uniformity.

Техническим результатом использования изобретения модели является возможность разработки адаптера, характеристики которого удовлетворяют поставленным требованиям:The technical result of using the invention of the model is the possibility of developing an adapter, the characteristics of which meet the stated requirements:

- обеспечению возможности восприятия нижним торцевым шпангоутом сосредоточенной нагрузки и передачу верхним торцевым шпангоутом распределенной нагрузки на космический аппарат,- ensuring the possibility of perception by the lower end frame of the concentrated load and transfer of the distributed load by the upper end frame to the spacecraft,

- обеспечению неравномерности нагрузки, передаваемой на космический аппарат, не превышающей 10%, что позволяет использовать адаптер для размещения на его верхнем шпангоуте космического аппарата с ленточной системой разделения,- ensuring the unevenness of the load transmitted to the spacecraft, not exceeding 10%, which allows the adapter to be used for placement on its upper frame of the spacecraft with a strip separation system,

- разработки адаптера с несущей способностью по выведению на ОИСЗ космического аппарата массой до 3500 кг,- development of an adapter with a bearing capacity for launching a spacecraft with a mass of up to 3500 kg to the OESZ,

- обеспечению разработки адаптера с выполнением верхнего шпангоута с диаметром, меньшим на 30…35 процентов диаметра нижнего шпангоута, а отношения диметра нижнего торцевого шпангоута к высоте адаптера, большей 6.- ensuring the development of the adapter with the implementation of the upper frame with a diameter less than 30 ... 35 percent of the diameter of the lower frame, and the ratio of the diameter of the lower end frame to the adapter height greater than 6.

Кроме того, в три отверстия верхнего шпангоута адаптера могут быть ввернуты штыри, а в остальные отверстия могут быть ввернуты шпильки. Это обеспечивает не только восприятие верхним шпангоутом распределенной нагрузки, но и обеспечивает высокую жесткость стыка верхнего шпангоута адаптера с полезной нагрузкой. Наличие направляющих штырей в верхнем шпангоуте упрощает сборку адаптера с полезной нагрузкой.In addition, pins can be screwed into the three holes of the upper frame of the adapter, and pins can be screwed into the remaining holes. This ensures not only the perception of the distributed load by the upper frame, but also ensures high rigidity of the joint of the upper frame of the adapter with the payload. The presence of guide pins in the upper frame simplifies the assembly of the adapter with the payload.

На приводимых ниже чертежах элементы адаптера обозначены следующими позициями:In the drawings below, the adapter elements are identified by the following reference numbers:

10 - адаптер,10 - adapter,

11 - продольная ось адаптера,11 - longitudinal axis of the adapter,

12 - первая продольная плоскость адаптера, совмещенная с осью отверстия опорного узла нижнего шпангоута адаптера,12 - the first longitudinal plane of the adapter, aligned with the axis of the hole in the support unit of the lower frame of the adapter,

13 - вторая продольная плоскость адаптера, совмещенная с осью отверстия верхнего шпангоута адаптера,13 - the second longitudinal plane of the adapter, aligned with the axis of the hole of the upper frame of the adapter,

20 - верхний шпангоут-шпангоут с меньшим диаметром,20 - upper frame-frame with a smaller diameter,

21 - отверстие в верхнем шпангоуте адаптера,21 - hole in the upper frame of the adapter,

22 - шпилька,22 - hairpin,

23 - направляющий штырь,23 - guide pin,

24 - ось отверстия в верхнем шпангоуте,24 - axis of the hole in the upper frame,

30 - нижний шпангоут адаптера,30 - lower frame of the adapter,

31 - опорный узел нижнего шпангоута адаптера,31 - support node of the lower frame of the adapter,

32 - ось отверстия опорного узла нижнего шпангоута,32 - axis of the hole of the support unit of the lower frame,

40 - оболочка адаптера,40 - adapter shell,

41 - вырез оболочки адаптера,41 - cutout of the adapter shell,

42 - боковая сторона выреза,42 - side of the cutout,

43 - радиусное скругление вершины выреза,43 - radius rounding of the top of the cut,

44 - вершина выреза оболочки,44 - the top of the cut of the shell,

50 - ферма средства выведения попутных космических аппаратов,50 - truss of the launch vehicle for associated spacecraft,

51 - опорные узлы верхнего пояса фермы,51 - support nodes of the upper chord of the truss,

52 - космический аппарат,52 - spacecraft,

53 - шпангоут космического аппарата с ленточной системой разделения.53 — frame of a spacecraft with a strip separation system.

Без ограничения общности при последующем изложении условимся обозначать терминами «верхний шпангоут» и «нижний шпангоут» торцевой шпангоут с меньшим диаметром и торцевой шпангоут с большим диаметром соответственно. Термином «продольная плоскость» будем обозначать плоскость, проведенную через продольную ось адаптера.Without loss of generality, in the subsequent presentation, we will agree to designate the terms "upper frame" and "lower frame" an end frame with a smaller diameter and an end frame with a large diameter, respectively. The term "longitudinal plane" will mean a plane drawn through the longitudinal axis of the adapter.

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.The invention is illustrated in the following drawings.

На фиг. 1-3 представлены общий вид адаптера 10 в аксонометрии (фиг. 1), сбоку (фиг. 2, вид А с фиг. 1) и сверху (фиг. 3, вид Б с фиг. 2).FIG. 1-3 show a general view of the adapter 10 in perspective (Fig. 1), from the side (Fig. 2, view A from Fig. 1) and from above (Fig. 3, view B from Fig. 2).

Фиг. 4 иллюстрирует особенность геометрии выполнения оболочки 40 адаптера - плавное увеличение толщины оболочки при переходе от верхнего шпангоута 20 к нижнему 30 и обусловленное этим различие в углах наклона образующих внешней и внутренней поверхностей к продольной оси адаптера (сечение В-В с фиг. 3).FIG. 4 illustrates a feature of the geometry of the shell 40 of the adapter - a smooth increase in the thickness of the shell during the transition from the upper frame 20 to the lower 30 and the resulting difference in the angles of inclination of the forming outer and inner surfaces to the longitudinal axis of the adapter (section B-B in Fig. 3).

Фиг. 5, 6 иллюстрируют особенности геометрии выполнения вырезов оболочки адаптера (разрез Г-Г с фиг. 3 и выноска Е с фиг. 3).FIG. 5, 6 illustrate the features of the geometry of the cutouts of the adapter shell (section D-G in Fig. 3 and callout E in Fig. 3).

На фиг. 7, 8 показаны поперечные сечения верхнего шпангоута адаптера в местах установки в отверстия 21 верхнего шпангоута шпилек 22 и штырей 23 соответственно.FIG. 7, 8 show cross-sections of the upper frame of the adapter in the places where pins 22 and pins 23 are installed in the holes 21 of the upper frame, respectively.

Фиг. 9 иллюстрирует использование адаптера 10 в составе головной части космического назначения со средством выведения космических аппаратов по патенту РФ № 26247959.FIG. 9 illustrates the use of the adapter 10 as part of the spacecraft launch vehicle with a spacecraft launch vehicle according to RF patent No. 26247959.

Адаптер в соответствии с изобретением устроен следующим образом.The adapter according to the invention is constructed as follows.

Как и ближайший аналог, адаптер 10 (см. фиг.1-3) содержит усеченную коническую оболочку 40, выполненную зацело с двумя торцевыми шпангоутами 20, 30. Верхний и нижний шпангоуты 20, 30 выполнены с разными диаметрами, при этом верхний шпангоут 20 выполнен с возможностью его соединения с полезной нагрузкой.Like the closest analogue, the adapter 10 (see Figs. 1-3) contains a truncated conical shell 40, made integral with two end frames 20, 30. The upper and lower frames 20, 30 are made with different diameters, while the upper frame 20 is made with the ability to connect it to the payload.

Как и ближайший аналог, нижний шпангоут 30 адаптера снабжен узлами крепления 31 для соединения его со смежным блоком ракеты-носителя. В отличие от ближайшего аналога верхний шпангоут 20 адаптера снабжен равномерно размещенными вдоль него отверстиями 21 (см. фиг .4-8), выполненными с обеспечением возможности размещения в них элементов крепления верхнего шпангоута с полезной нагрузкой.Like the closest analogue, the lower frame 30 of the adapter is equipped with attachment points 31 for connecting it to the adjacent block of the launch vehicle. In contrast to the closest analogue, the upper frame 20 of the adapter is provided with holes 21 evenly spaced along it (see Figs. 4-8), made with the possibility of placing in them the fastening elements of the upper frame with a payload.

В отличие от ближайшего аналога адаптер 10 выполнен с высотой Н, не менее чем в 6 раз меньшей диаметра D (см. фиг. 2) нижнего шпангоута 30.In contrast to the closest analogue, the adapter 10 is made with a height H, not less than 6 times smaller than the diameter D (see Fig. 2) of the lower frame 30.

В изобретении коническая оболочка 40 (см. фиг. 4) выполнена с плавным увеличением ее толщины при переходе от шпангоута с меньшим диаметром 20 к шпангоуту с большим диаметром 30. Как наружная поверхность оболочки, так и внутренняя поверхности оболочки выполнены в виде гладких конических поверхностей - без уступов и выступов, что уменьшает опасность возникновения на оболочке концентраторов напряжения.In the invention, the conical shell 40 (see Fig. 4) is made with a smooth increase in its thickness during the transition from a frame with a smaller diameter 20 to a frame with a large diameter 30. Both the outer surface of the shell and the inner surface of the shell are made in the form of smooth conical surfaces - without ledges and protrusions, which reduces the risk of stress concentrators on the shell.

При этом угол наклона γ образующей к наружной поверхности оболочки 40 к продольной оси адаптера 11 выбран близким к 50 градусам, а угол наклона 0 образующей к внутренней поверхности оболочки 40 к продольной оси адаптера выбран близким 45 градусам.In this case, the angle of inclination γ of the generatrix to the outer surface of the shell 40 to the longitudinal axis of the adapter 11 is chosen close to 50 degrees, and the angle of inclination 0 of the generatrix to the inner surface of the shell 40 to the longitudinal axis of the adapter is chosen to be close to 45 degrees.

Кроме указанного выше, изобретение отличается тем, что оболочка 40 адаптера снабжена примыкающими к нижнему шпангоуту 30 вырезами 41 (см. фиг. 1-3, 5), практически полностью перекрывающими нижний шпангоут 30. Наиболее предпочтительно вырезы выполнить, как показано на фиг. 1, 2, 6, в виде равнобедренных треугольников со скругленной по радиусу R вершиной. В соответствии с изобретение каждый из вырезов выполнен с высотой, не менее чем в 2 раза меньшей высоты адаптера (см. фиг. 5).In addition to the above, the invention is characterized in that the casing 40 of the adapter is provided with cutouts 41 adjacent to the lower frame 30 (see Figs. 1-3, 5), which practically completely overlap the lower frame 30. Most preferably, the cutouts are made as shown in Figs. 1, 2, 6, in the form of isosceles triangles with a top rounded along the radius R. In accordance with the invention, each of the cutouts is made with a height not less than 2 times less than the height of the adapter (see Fig. 5).

В соответствии с изобретением верхний 20 шпангоут адаптера выполнен с обеспечением возможности передачи, например, на космический аппарат, распределенной нагрузки. При этом в адаптере в каждой из первых продольных плоскостей 12, совмещенных с осями 32 отверстий в опорных узлах 31 нижнего шпангоута адаптера, и в каждой из продольных плоскостей 13, совмещенных с вершинами 44 указанных вырезов, размещена ось 24 одного из упомянутых отверстий верхнего шпангоута (см. фиг. 3-8). Наиболее предпочтительно в качестве элементов крепления верхнего шпангоута 20 с полезной нагрузкой использовать шпильки 22 и штыри 23 - шпильки, снабженные стержневыми частями, выполненными в виде конусов с остриями направленными к космическому аппарату (см. фиг. 8). При этом целесообразно в три отверстия 21 верхнего шпангоута ввернуть штыри 23, а в остальные отверстия ввернуть шпильки 22 (см. фиг. 2, 4-8).In accordance with the invention, the upper 20 frame of the adapter is designed to provide the possibility of transferring, for example, to a spacecraft, a distributed load. In this case, in the adapter, in each of the first longitudinal planes 12 aligned with the axes 32 of the holes in the support nodes 31 of the lower frame of the adapter, and in each of the longitudinal planes 13 aligned with the tops 44 of these cutouts, the axis 24 of one of the above-mentioned holes of the upper frame ( see Fig. 3-8). It is most preferable to use pins 22 and pins 23 - pins provided with rod parts made in the form of cones with tips directed towards the spacecraft (see Fig. 8) as fastening elements of the upper frame 20 with a payload. In this case, it is advisable to screw the pins 23 into the three holes 21 of the upper frame, and screw the pins 22 into the remaining holes (see Figs. 2, 4-8).

Адаптер, выполненный с диметром нижнего шпангоута 2000 мм, позволяет его использовать в составе космической головной части с разгонным блоком «Фрегат» (см. патент РФ № 2043956). При этом высота Н адаптера может быть в пределах от 235 до 250 мм - примерно в 8…8,5 раза, меньшей диаметра нижнего шпангоута адаптера. Это позволяет использовать адаптер в конструкции головных частей ракет-носителей при выведении длинномерных полезных нагрузок, при этом в ряде случаев относительно небольшая высота адаптера позволяет вместо обтекателя длиной 10400 мм использовать обтекатель длиной 8450 мм.The adapter, made with a lower frame diameter of 2000 mm, allows it to be used as part of a space warhead with a Fregat upper stage (see RF patent No. 2043956). In this case, the height H of the adapter can be in the range from 235 to 250 mm - approximately 8 ... 8.5 times less than the diameter of the lower frame of the adapter. This allows the adapter to be used in the design of launch vehicle warheads when launching lengthy payloads, while in some cases the relatively small height of the adapter makes it possible to use an 8450 mm long fairing instead of a 10,400 mm long fairing.

Предлагаемый адаптер также может быть использован и в космических головных частях (см. фиг. 9), включающих средство выведения попутных космических аппаратов (см. патент РФ №26247959). Это средство выведения полезных нагрузок включает ферму 50, на боковых сторонах которой размещаются попутные космические аппараты (условно не показаны). При этом адаптер 10 установлен на опорных узлах 51 верхнего пояса фермы. Опорные узлы 31 адаптера болтовыми соединениями закрепляются на опорных узлах 51 верхнего пояса фермы 50. При этом адаптер может быть выполнен с диаметром нижнего шпангоута 1500…1520 мм, высотой 230…250 мм - примерно 6,25 раза меньшим диаметра нижнего шпангоута, и диаметром верхнего шпангоута 1000…1015 мм - примерно на 32 процента меньшим диаметра нижнего шпангоута. Нижний шпангоут может быть снабжен восемью опорными узлами, размещенными в вершинах правильного восьмиугольника. Верхний шпангоут адаптера может быть снабжен 48 отверстиями для размещения элементов крепления адаптера и соединен штырями и шпильками со стыковым шпангоутом 53 основного космического аппарата. Вырезы оболочки выполнены в виде равнобедренных треугольников, боковые стороны которых наклонены к основанию под углом α, примерно равным 60 градусов, а вершина скруглена по радиусу R, примерно равным 200 мм. Проектно-конструкторские работы показывают, что масса адаптера, ориентированного на использование совместно с указанным средством выведения не превышает 45 кг.The proposed adapter can also be used in space warheads (see Fig. 9), including a means of launching associated spacecraft (see RF patent No. 26247959). This means of launching payloads includes a farm 50, on the sides of which there are associated spacecraft (conventionally not shown). In this case, the adapter 10 is installed on the support nodes 51 of the upper chord of the truss. The support nodes 31 of the adapter are bolted to the support nodes 51 of the upper chord of the truss 50. In this case, the adapter can be made with a diameter of the lower frame 1500 ... 1520 mm, a height of 230 ... 250 mm - about 6.25 times smaller than the diameter of the lower frame, and the diameter of the upper frame 1000 ... 1015 mm - about 32 percent smaller than the diameter of the lower frame. The lower frame can be equipped with eight support nodes located at the vertices of a regular octagon. The upper frame of the adapter can be provided with 48 holes for accommodating the fastening elements of the adapter and is connected by pins and pins to the butt frame 53 of the main spacecraft. The cuts of the shell are made in the form of isosceles triangles, the sides of which are inclined to the base at an angle α approximately equal to 60 degrees, and the apex is rounded along the radius R, approximately equal to 200 mm. Design work shows that the mass of the adapter intended for use in conjunction with the specified launch vehicle does not exceed 45 kg.

Адаптер в соответствии с изобретением может быть изготовлен из сплава на основе алюминия (например, сплава АМг6) в соответствии со способом, раскрытом в патенте РФ №2209162, хотя могут быть указаны и иные способы изготовления адаптера. При этом при механической обработке заготовки адаптера обточкой заготовки получают основной контур сечения адаптера и путем фрезерования выполняют вырезы в его оболочке. Затем рассверливают отверстия в опорных узлах нижнего шпангоута. В верхнем шпангоуте рассверливают отверстия нарезают в них резьбу, в которые ввертывают направляющие штыри и шпильки.The adapter in accordance with the invention can be made from an aluminum-based alloy (for example, AMg6 alloy) in accordance with the method disclosed in the patent of the Russian Federation No. 2209162, although other methods of manufacturing the adapter may be indicated. In this case, during machining of the adapter blank, the main contour of the adapter section is obtained by turning the blank, and the cutouts are made in its shell by milling. Then holes are drilled in the support nodes of the lower frame. In the upper frame, holes are drilled, threads are cut into them, into which guide pins and pins are screwed.

При сборке адаптера с космическим аппаратом штыри и шпильки закрепляются гайками, которые затягивают с контролем момента. После чего обеспечивают стопорение гаек.When assembling the adapter with the spacecraft, the pins and studs are secured with nuts, which are tightened with torque control. Then the nuts are secured.

В процессе выведения на ОИСЗ на адаптер действуют продольная сжимающая нагрузка, перерезывающая сила и изгибающий момент.In the process of being driven into the OISZ, a longitudinal compressive load, shear force and bending moment act on the adapter.

Расчетным случаем для адаптера является активный участок полета, с действием продольной силы и небольшой перерезывающей силы. На верхний и нижний шпангоуты действует радиальная распорная сила, которая возникает за счет конусности адаптера. Радиальные силы в шпангоутах приводят к появлению распорных напряжений в зонах крепления нижнего и верхнего шпангоутов. Средняя линия конической оболочки совпадает с линией передачи силы, поэтому шпангоуты и коническая оболочка освобождены от влияния моментных нагрузок. Сама оболочка воспринимает растягивающие и сжимающие усилия. Монотонно увеличивающаяся толщина оболочки позволяет производить передачу силы на верхний и нижний шпангоуты без возникновения скачкообразного характера напряжений. Расчеты показывают, что максимальные нагрузки от верхнего шпангоута 20 адаптера на стыковой шпангоут космического аппарата сосредоточены в элементах крепления верхнего шпангоута, в плане совмещенных с опорными узлами нижнего шпангоута - размещенных в первых продольных плоскостях 12 адаптера. При переходе от первых продольных плоскостей 12 адаптера к элементам соединения верхнего шпангоута 20, в плане совмещенных с вершинами 44 вырезов 40 адаптера - размещенных во вторых продольных плоскостях 13, величина нагрузки на стыковочный шпангоут плавно уменьшается не более чем на 10 процентов. Это позволяет использовать в стыковом шпангоуте космического аппарата ленточную систему отделения.The design case for the adapter is the active flight segment, with the action of a longitudinal force and a small shear force. The upper and lower frames are acted upon by a radial thrust force, which occurs due to the taper of the adapter. Radial forces in the frames lead to the appearance of spacer stresses in the attachment areas of the lower and upper frames. The center line of the conical shell coincides with the line of transmission of the force, therefore, the frames and the conical shell are freed from the influence of moment loads. The shell itself absorbs tensile and compressive forces. The monotonically increasing thickness of the shell allows for the transfer of force to the upper and lower frames without the occurrence of a spasmodic character of stresses. Calculations show that the maximum loads from the upper frame 20 of the adapter to the butt frame of the spacecraft are concentrated in the attachment elements of the upper frame, in terms of aligned with the support nodes of the lower frame - located in the first longitudinal planes 12 of the adapter. In the transition from the first longitudinal planes 12 of the adapter to the connecting elements of the upper frame 20, in terms of the cutouts 40 of the adapter aligned with the tops 44 - located in the second longitudinal planes 13, the value of the load on the docking frame smoothly decreases by no more than 10 percent. This allows the use of a strip separation system in the spacecraft butt frame.

Claims

1. An adapter containing a truncated conical shell made integrally with two end frames of different diameters, and the upper frame is made with the possibility of connecting it to the payload, and the lower frame is equipped with attachment points for connecting it to the adjacent unit of the launch vehicle, the thickness of the shell during the transition from the upper frame to the lower one is made of variable thickness, characterized in that the upper frame of the adapter is provided with holes evenly spaced along it, made with the possibility of placing in them the fastening elements of the upper frame with a payload, the adapter is made with a height of at least 6 times less diameter of the lower frame, the shell is made with a smooth increase in its thickness when passing from a frame with a smaller diameter to a frame with a larger diameter, and the angles of inclination of the generatrices of the outer and inner surfaces of the shell to the longitudinal axis of the adapter are chosen close to 45 and 50 degrees, respectively, in addition, the shell the goggle is equipped with cutouts made in the form of isosceles triangles with a rounded apex, the sides of which are connected to the support nodes of the lower frame of the adapter, and each of the cutouts is made with a height not less than 2 times less than the height of the adapter, while in each of the longitudinal planes, aligned with the axes of the holes of the support nodes of the lower frame of the adapter, and in each of the longitudinal planes aligned with the tops of the said cutouts, the axis of one of the said holes of the upper frame is located.

2. An adapter according to claim 1, characterized in that pins are screwed into three of the said holes of the upper frame of the adapter, and pins are screwed into the remaining holes.