бенности. При сбросе, например, ГО его створки после раскрытия продольно попереч ного стыка поворачиваются на заданный угол, а затем, после раскрытия осей вращения, со вершают свободное относительное движение. При открытии небольших антенн участок сво бодного относительного движения отсутствует. После отвода антенн на заданный угол проис ходит ее фиксация в заданном положении. Кроме того, существуют СР, в которых совме щено вращательное движение отделяемого элемента относительно оси с поступательным движением СР вдоль паза.

Следует отметить, что существуют систе мы, которые не могут быть отнесены ни к од ной из описанных выше групп. Примером та кой системы может служить отделение нераз резного переходного отсека скатыванием его по упругому ограждению в виде подпружинен ных роликовых опор (рис. 8.3.7, а).

8.3.3. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ РАЗДЕЛЕНИЯ

Многочисленность СР и обширность стоящих перед ними задач привели к необхо димости создания разнообразных исполни тельных элементов. В зависимости от конст руктивных особенностей и назначения этих элементов проведена их классификация, в со ответствии с которой они разделены на сле дующие три группы: средства крепления и раз

подача электрической команды, которая, принимая во внимание требования к быстро действию, минимальному разбросу по време ни и т.д., реализуется через пироустройство. Основными преимуществами пироустройств являются малые габариты и масса, высокая надежность, низкий расход энергии иниции рующего импульса тока, простота электриче ской схемы, способность вырабатывать боль шое количество энергии за более короткое время по сравнению с любым из механиче ских устройств, достаточно точное регулиро вание интенсивности действия, возможность обеспечения заданного периода задержки на срабатывание.

Пиропатрон с проволочными мостиками накаливания — основное инициирующее и га зообразующее средство, используемое в СР.

В целях увеличения надежности пиропатроны имеют два мостика накаливания, при сгора нии любого из них происходит его срабатыва ние. Диапазон рабочих температур лежит в ин тервале 323…223 К. Кроме того, пиропатрон может храниться при неблагоприятных усло виях окружающей среды. Рабочий ток сраба тывания составляет 1…2 А при напряжении 27 В, время срабатывания не превышает 0,1 с. В пиропатронах основные виды взрывчатого вещества — горящие.

В последние годы достаточно широкое применение нашли пиропатроны предохрани тельного типа. Их основное отличие от обыч ных состоит в том, что они электрически за от несанкционированного срабаты для снятия блокировки необходима

специальная электрическая команда.

Другое инициирующе средство, исполь зуемое в основном в устройствах разделения, содержащих детонирующие шнуры — электро детонатор.

Ксредствам разделения относятся пиро замки, пирочеки, пироболты, пиромеханиче

ские устройства, линейные устройства разде ления на основе детонирующих шнуров Φ1Γ (рис. 8.3.10). Все они подразделяются на то чечные, многозвенные и линейные.

Еще одной характерной группой эле ментов СР являются средства отделения, т.е. устройства, сообщающие разделившимся те лам относительную скорость. В их состав входят пиротолкатели, пневматические и пружинные толкатели, импульсные средства отделения, РДТТ, газовые сопла, аэродина мические устройства, жидкостные ракетные двигатели.

Ксредствам разделения и отделения предъявляются следующие основные требо вания:

минимальная масса и габариты; работоспособность в заданном темпера

турном диапазоне; максимальная надежность;

минимальное потребление электрической энергии при срабатывании;

нечувствительность к динамическому на гружению и воздействию окружающей среды; минимальное динамическое воздействие

на окружающие элементы конструкции; отсутствие вылетающих частей и осколков; простота конструкции и ее технологич

ность;

взаимозаменяемость;

минимальная стоимость; простота и безопасность в эксплуатации;

обеспечение заданных эксплуатационных характеристик.

Пирозамок представляет собой один из наиболее распространенных точечных средств разделения. Существует целый ряд их разно видностей в зависимости от величины воспри

нимаемой нагрузки, наличия дублирования по пиротехническим и механическим средствам, конструктивных особенностей и т.д. Так, при

с их помощью головных частей БРДД.

При осевых нагрузках более 100 кН кон тактные напряжения для шариков являются предельными и вместо них используются резь бовые или сегментные вкладыши.

Достоинства пирозамков: отсутствие ос колков, образующихся при их срабатывании, незначительные ударные нагрузки на близле жащие элементы конструкции, возможность проектирования их на восприятие практиче ски неограниченных осевых нагрузок. Кроме того, выделяющиеся при срабатывании пиро замков газы обтюрируются и не оказывают не желательного воздействия на близлежащие элементы конструкции. Эта особенность важ на, если в непосредственной близости от них располагаются оптические устройства.

К недостаткам пирозамков следует отне сти их относительную сложность, достаточно большую массу по сравнению, например, с пироболтами и пониженную надежность.

Количество и тип устанавливаемых на разделяемом стыке пирозамков можно опреде лить из условий прочности или герметичности стыка. Поскольку пирозамки воспринимают лишь осевые нагрузки, то они должны уста навливаться с определенным зазором в шпан гоутах разделяемого стыка.

Пироболт — другое широко распростра ненное устройство разделения. Он применя ется для крепления ступеней, головных частей, стартовых ускорителей, хвостовых отсеков и т.д. Принцип работы пироболта прост. При подрыве заряда разрушается его корпус, рас крывая соединяемый им стык. На рис. 8.3.12

Рис. 8.3.12. Пироболт

показан пироболт и установка его на изде лии. Существует целый ряд модификаций пи роболтов, отличающихся по величине вос принимаемой осевой силы и по другим при знакам.

Масса пироболта в граммах в зависимо сти от воспринимаемой им осевой силы Р, из меряемой в может быть определена на ос новании эмпирической зависимости Мб(0,862Р Аналогично можно записать соотношение для определения массы в грам мах заряда пироболта (взрывчатого вещества) Мвв (0,0065Р). Коэффициенты, входящие в эти соотношения, имеют соответствующие размерности.

К достоинствам пироболтов следует от нести простоту их конструкции, незначитель ную массу, отсутствие подвижных элементов, небольшие габариты, быстроту и незначитель ную разновременность срабатывания. Так, разновременность срабатывания группы из че тырех пироболтов не превышает 0,003 с. Ток срабатывания пироболтов составляет 0,8… …1,2 А, что меньше, чем у пирозамков. Все это привело к их широкому использованию в из делиях ракетной техники.

Несмотря на указанные достоинства, пироболты обладают двумя основными не достатками, которые приводят к ограниче нию, а в некоторых случаях и к невозможно сти их использования. Они связаны с обра зованием большого количества осколков при срабатывании пироболтов, которые могут повредить окружающие элементы конструк ции. Кроме того, при этом возникают удар ные нагрузки, отрицательно сказывающиеся на работе близлежащих приборов, а также на элементах гидро и пневмоавтоматики. Если первый недостаток легко устраняется введе нием специальной защиты, улавливающей осколки, то борьба со вторым крайне затруд нительна. Это является одной из основных причин, исключающей применение пиробол тов, воспринимающих большие ( 1000 кН) нагрузки.

Все описанные устройства предназначены для соединения расчлененных стыков. Приме нение линейных пироустройств разделения на основе детонирующих шнуров или удлиненных кумулятивных зарядов (рис. 8.3.13) позволяет выполнить отделяемые отсеки без специально го промежуточного стыка.

Данный вид устройств разделения имеет такие преимущества, как небольшая масса и

габариты, малое время срабатывания, неболь шое токопотребление, высокая надежность, сравнительно небольшая стоимость. Линей ные устройства применяют для разделения ступеней, узлов и агрегатов КА, отсечки па рашютных систем, вскрытия люков, перере зания трубопроводов, бортовой кабельной се ти и т.д.

Основной недостаток пироустройств на основе удлиненного кумулятивного заряда — образование и разлет во всех направлениях ос колков, образующихся при их срабатывании, состоящих из частиц перерезаемой преграды и фрагментов корпуса заряда. Кроме того, сра батывание указанных пироустройств приводит к значительным ударным нагрузкам и оседа нию копоти на близлежащие элементы конст рукции.

В целях устранения указанных недостат ков изготовлены линейные пироустройства на основе детонирующего шнура (рис. 8.3.14). За ряд в них помещен в деформируемую при его срабатывании оболочку.

Несмотря на очевидные преимущества, пироустройства на основе линейных зарядов имеют общий недостаток, состоящий в том, что в их состав входят элементы с легковоспламе няющимися и детонационно способными веще ствами. Кроме того, эти устройства — одноразо вого действия, что исключает их проверку на функционирование, поэтому приходится прово дить количество испытаний в условиях, максимально приближенных к натурным.

Каждое из приведенных средств разделе ния обладает конструктивными особенностя ми, определенными достоинствами и недос татками, применение любого из них в реаль ных конструкциях требует предварительной проработки и технического обоснования.

Рис. 8.3.14. Линейное устройства разделения на основе детонирующего шнура:

а, в — до разделения; б, г — после разделения; 1 — детонирующий шнур; 2 — линейное уст ройство разделения

Основные средства, используемые для отделения пассивных элементов конструкции, представлены на рис. 8.3.10.

Наиболее мощным из толкателей по си ловому воздействию на отделяемые элемен ты конструкции и минимальным по массе средством отделения является пиротолкатель (рис. 8.3.15). На рисунке показан пиротолка тель с двумя пиропатронами, количество ко торых в каждом конкретном случае опреде ляется не только потребностями дублирова ния, но и необходимостью создания задан ной величины давления пороховых газов и, как следствие, обеспечения развиваемой им работы. Пиротолкатели используют в тех случаях, когда нужно разместить мощное средство отделения в небольшом объеме или при ограничениях по массе, выделяемой на проектируемые средства отделения.

Наряду с указанными преимуществами, пиротолкатели обладают и недостатками, ко торые ограничивают их применение: значи

тельные по величине ударные нагрузки и большой (до 40 %) разброс развиваемой силы относительно номинального значения. Неста бильность характеристик пиропатронов (ос новная составляющая), температура окружаю щей среды, технологические причины, связан ные с изготовлением корпусов и поршней пи ротолкателей, обуславливают разброс разви ваемой силы. Значительное отклонение силы от ее номинального значения приводит к большим по сравнению, например, с пружин ными толкателями возмущениям разделяемых объектов по угловой скорости, для парирова ния которой требуется дополнительный расход рабочего тела управляющих органов и увели чение их эффективности.

Пирозамки толкатели и пироболты тол катели служат как средствами крепления, так и отделения. После срабатывания пирозамка или пироболта устройства работают как обычные пиротолкатели. Они обладают мень шей массой в сравнении с суммарной массой аналогичных элементов, изготовленных в раз дельном исполнении, однако, обладают боль шой разновременностью срабатывания, так как совмещают два процесса. Кроме того, дан ные устройства достаточно сложны, менее на дежны и требуют тщательной эксперименталь ной отработки.

Другим элементом, служащим для отде ления, является пневмотолкатель. При его срабатывании наблюдаются меньшие, по срав нению с пиротолкателем, ударные нагрузки, а отклонения развиваемой им силы от номи нального значения и градиент ее изменения по ходу поршня толкателя не столь велики, как у пиротолкателя. Однако они сложнее и тяжелее пиротолкателей.

Основной характеристикой, необходимой для разработки конструкции пневмотолкателя, служит величина развиваемой им работы. При этом геометрические размеры толкателя и дав ление в его рабочей полости могут изменяться в широких диапазонах. Соответственно, меня ется масса всей пневмосистемы, в состав кото рой кроме пневмотолкателя входят баллоны высокого давления, трубопроводы и элементы автоматики.

Масса пневмосистемы при заданной ра боте может быть выражена через некоторые независимые параметры, например, длину пневмоцилиндра L, его радиус R и давление p. Использование в дальнейшем метода множи телей Лагранжа для функции нескольких пере менных позволяет разработать систему с ми нимальной массой конструкции.

Самыми распространенными устройства ми для сообщения разделяемым телам относи

тельной скорости являются пружинные толка тели. Они имеют три основные модификации в зависимости от типа используемых пру жин — пружины сжатия, растяжения или кру чения. Предпочтение отдают пружинам сжа тия, так как они обладают практически сто процентной надежностью: в случае разруше ния они просаживаются на виток и не теряют своей работоспособности. При этом лишь не сколько уменьшается работа толкателя. Воз можное конструктивное исполнение пружин ного толкателя с пружиной сжатия представ лено на рис. 8.3.16.

толкателях используют тарельчатые пружины. В процессе срабатывания пружинных толкателей происходит «мягкое» безударное нагружение отделяемых элементов. Требова ния к точности их изготовления и чистоте поверхности сопрягаемых подвижных дета лей значительно ниже, чем у пиротехниче ских и пневматических толкателей. Кроме того, они имеют небольшой (не более 10 %) разброс по развиваемой работе от ее номи нальной величины, причем он может быть значительно уменьшен за счет селективного

подбора пружин.

Важное достоинство пружинных толкате лей состоит в том, что их характеристики мож но проверять и воспроизводить при предпо летной отработке. Пружинные толкатели от носительно дешевы в производстве, просты в конструировании, не требуют практически ни каких инструкций при работе с ними. Уста

новка их на разделяемом стыке должна произ водиться таким образом, чтобы после срабаты вания они оставались на пассивной части РН или КА.

Основным недостатком пружинных тол кателей является большая их масса на единицу развиваемой работы по сравнению, например, с пиротолкателями.

Используя метод оптимизации, можно разработать пружинный толкатель минималь ной массы. В качестве переменных при опре делении его массы можно принять, например, начальную Р2 и конечную Р1 силы пружины, а также ее индекс с, равный отношению средне го диаметра пружины к диаметру ее витка.

Для отделения значительных по массам и габаритам элементов конструкции применя ются РДТТ. Особые требования, предъявляе мые к их работе — достаточно большой по требный импульс с незначительным (не более нескольких процентов) отклонением от номи нального значения в сочетании с малым вре менем работы, привели к созданию специаль ных РДТТ, служащих исключительно для це лей отделения пассивных элементов конструк ции. Время их работы, как правило, лежит в интервале 0,5…1,5 с.

Преимущество РДТТ в качестве средств отделения — возможность получения боль шого импульса за незначительный промежу ток времени при сравнительно небольшой массе.

Несмотря на очевидные достоинства, РДТТ имеют ряд существенных недостатков. Как и всем пиротехническим устройствам им присущ некоторый разброс по выходу на ре

жим и времени работы. Обуславливается он неодновременностью в срабатывании элемен тов автоматики и пиропатронов — воспламе нителей, а также свойствами заряда и, прежде всего, его температурой. Указанный разброс приводит к дополнительным, порой значи тельным, возмущениям углового движения разделяемых тел и нагрузкам, часто опреде ляющим, на оси вращения капотирующих уст ройств. Для частичного устранения данного недостатка РДТТ на старте, как правило, тер мостатируются, для чего приходится создавать специальную и очень громоздкую систему их обогрева или охлаждения.

Другим недостатком РДТТ являются вы летающие из их сопел струи раскаленных га зов, содержащие также твердые частицы, ко торые оказывают негативное воздействие на окружающие элементы конструкции, вызы вая их повреждение, нагрев и дополнитель

поверхностях оптических устройств содержа щихся в газовой струе двигателя х час тиц, что приводит к ухудшению их работо способности или выходу из строя данных уст ройств.

Примером использования жидкостного ракетного двигателя как средства отделения может служить «горячее» разделение ступеней. Однако создание жидкостной ДУ только лишь для отделения пассивного элемента конструк ции сопряжено со значительными весовыми и материальными затратами.

Для отделения ступеней или космических РБ с одновременным разворотом их относи тельно одной из поперечных осей или стаби лизацией вращением относительно продоль ной оси могут использоваться газовые сопла. На отделившуюся ступень или космический РБ после их отделения продолжает действо вать тяга последействия их маршевых ДУ, что может привести через некоторый промежуток времени к соударению разделившихся частей. Сообщение отделившейся ступени с помощью газовых сопел дополнительного вращательно го движения относительно любой из ее попе речных осей приведет к уменьшению влияния тяги последействия и, как следствие, исключе нию возможности соударения. Стабилизация вращением ракетного РБ относительно про дольной оси позволяет с помощью газовых со пел осуществить его направленный увод от выведенного на расчетную орбиту КА.

Газовые сопла могут работать как на хо лодном, так и на горячем газе. Источником холодного газа служат обычно остатки компо нентов в пневмосистеме, а также газы наддува

ииспаряющиеся остатки компонентов в топ ливных баках. Для выработки горячего газа используются специально созданные для этого устройства.

Существенным недостатком системы, ра ботающей на холодном газе является неста бильность величины ее импульса, так как в за висимости от условий полета на активном уча стке остаточное давление в пневмосистеме ко леблется в больших пределах.

Вплотных слоях атмосферы в качестве вспомогательных средств отделения использу ют раскрываемые аэродинамические поверх ности (рис. 8.3.1, в), которые существенно уве личивают лобовое сопротивление отделяемых элементов конструкции и тем самым умень шают их скорость. Однако такие устройства достаточно громоздки, требуют трудоемких расчетов при их проектировании и большой по объему экспериментальной отработки.

Наряду со средствами разделения и от деления практически во всех СР присутству ют элементы, которые также могут в значи тельной мере влиять на процесс отделения.

Кним относятся направляющие шпильки, разделяемые электрические, пневматические

игидравлические разъемы, транзитные ка бельные стволы и т.д.

Направляющие шпильки присутствуют практически во всех разделяемых стыках. Ус их преследует две основные цели: обеспечение сборки и восприятие перерезы вающих сил в полете. В зависимости от дей ствующих сил, требований технологии и ус ловий, накладываемых на процесс отделения, шпильки могут иметь различный диаметр, длину и конфигурацию. Этими же условиями определяется их количество на разделяемом

стыке.

Вцелях уменьшения возмущения угло вого движения отделяемых объектов резуль тирующая сила расстыковки транзитных ком муникаций, проходящих через разделяемый стык, должна иметь минимальное плечо от носительно их ЦМ. Если электрическая или иная связь между разделяемыми объектами осуществляется без установки разъемов на разделяемом стыке, то для разрезания тран зитных коммуникаций используют пиротех нические ножи.