КЛА ЭКЗик / 48

Толкатели, пирочеки и механизмы разрыва коммуникаций

Пиротолкатели, использующие пиропатроны рассчитаны на создание усилий 1,1 – 50 кН, они используются в конструкциях, требующих размещения мощных средств разделения в небольшом объеме, при ограничениях по массе или совмещении пирозамка с пиротолкателем.

Образовавшиеся при подрыве пиропатрона газы давят на поршень, который начинает двигаться и срезает чеку, удерживающую механизм в транспортном положении, и продолжая движение сообщает отделяемому телу относительную скорость.

После срабатывания поршень может выбрасываться из корпуса толкателя, в этом случае происходит выброс газов, что не желательно, особенно на КА предназначенных для посадки на другие планеты. Существуют пиротолкатели в которых шток удерживается в корпусе играя роль обтюратора пороховых газов.

Пиротолкатель

1 – отталкиваемая конструкция, 2 – чека, 3 – поршень, 4 – цилиндр, 5 – пиропатрон, 6 – корпус КА

Установа пиротолкателя.

1 – пиропатрон; 2 – корпус; 3 – пассивный отделяемый блок; 4 – шток; 5 – активный отделяемый блок

Недостаток пиротолкателей заключается в том, что они создают значительные ударные нагрузки и имеют большой разброс толкающих сил относительно расчетной.

Пружинный толкатель.

1 – корпус, 2 – пружина, 3 – шток

Установка пирозамка-толкателя

1 – активный блок; 2 – плоскость разделения; 3 – пассивный блок; 4 – вкладыш; 5 – шток; 6 – корпус; 7 – пиропатрон.

Современная пиромеханическая система разделения, как правило состоит из нескольких пиромеханизмов, приводимых в действие пиропатронами.

Пиропатроны, применяемые в пиромеханизмах, имеют большой относительный разброс по времени срабатывания и массе газа, образующегося после подрыва, возможны также случаи отказов. В случаях, применения нескольких пиромеханизмов, для повышения степени надежности рекомендуется проводить подключение механизмов по схеме.[16]

Схема подсоединения нескольких одновременно срабатывающих пиромеханизмов.

1 – трубопроводы, 2 – пирозамок толкатель, 3 – коллектор, 4 – пиротехнический генератор

При компоновке пироболтов, пиротолкателей и пирозамков необходимо размещать их симметрично, что бы не вызывать возмущающих моментов на активный и пассивный блоки.

. Схема размещения пирозамков и толкателей на стыке КА и РН.

Проведенный анализ показал, что в большинстве случаев разделение осуществляется с относительными линейными скоростями, равными – 1,0…1,5 м/с и угловыми скоростями не более 0,02 1/с.

При выполнении этих требований происходит безопасное разделение и восстановление заданного положения аппарата в пространстве с помощью двигателей мягкой стабилизации.

Механическое соединение КА с РН или РБ производится с помощью адаптера. В качестве адаптера могут использоваться стержневые фермы и конические оболочки. Более сложные конструкции, предназначенные для крепления нескольких КА при кластерном запуске, называются диспенсерами ПН.

В настоящее время для каждой РН существует несколько стандартных адаптеров, предназначенных для вывода различных полезных нагрузок.

Ферменный адаптер для РН Зенит 2SLB. Для крепления КА используется четыре пироболта.

Ферменный адаптер РН Зенит 2SLB

На рис. 6.69 представлен чертеж общего вида тонкостенного конического адаптера SCA, разработанного фирмой SAAB Ericsson Space [28]. В таблице 

приведены массы и размеры других адаптеров этой фирмы. Данные адаптеры используются в РН разных типов, включая Союз, Протон, Зенит и Рокот. В таблице введены обозначения: DКА – диаметр опорного шпангоута КА (меньший диаметр), DРБ – диаметр опорного шпангоута РБ (больший диаметр), H – высота адаптера. На рис. 6.70 показан чертеж сечения опорного шпангоута КА адаптера SCA. Чертеж профиля ответного опорного шпангоута, устанавливаемого на КА.

Конический адаптер SCA

Параметры конических адаптеров SAAB Ericsson Space [23]

Адаптер	DКА	DРБ	Н	М, кг
	мм
SCA 937	945,3	1920,0	504,0	49,0
SCA 1194	1194,0	1920,0	369,0	58,0
SCA 1666	1666,0	1920,0	400,0	60,0

Параметры конических адаптеров SAAB Ericsson Space [23]

Поскольку применение пироболтов для крепления КА к РН дает большие ударные нагрузки при разделении, достигающие 4000g, расположение чувствительной аппаратуры на КА вблизи адаптера нежелательно. Для снижения ударных нагрузок до 1000g применяется крепление КА к адаптеру при помощи ленточного хомута, стянутого одним пирозамком. Лента имеет коробчатое сечение и плотно охватывает состыкованные фланцы шпангоутов КА и адаптера, препятствуя их разъединению,. После срабатывания пирозамка лента сбрасывается со стыка при помощи пружинных экстракторов и происходит отделение КА,. Сброшенная лента улавливается специальными фиксаторами.

а) б)

Работа ленточной системы разделения

Расположение элементов системы разделения на адаптере SCA

После выхода на целевую орбиту КА должен быть отделен от РБ или последней ступени РН. Для разделения используются пружинные или пиротолкатели, обеспечивающие КА заданный вектор линейной и угловой скорости. Точность ориентации КА при разделении во многом определяется инерционно-массовыми свойствами КА.

Механизм разделения головного обтекателя.

1 – пиропатроны; 2 – тяга; 3 – шарикрвый замок; поршень.

Пиронож (рис. 6., 6.) состоит из стального корпуса, поршня с ножом и наковальни. При срабатывании пиропатрона штифи (или чека) перерезается.

Общий вид пироножа

1 – корпус, 2 – нож, 3 – чека, 4 – наковальня, 5 – пиропатрон

Если перерубать коммуникации нельзя, применяют разрывные платы.

Разрывная электроплата.

1 – плоскость разделения 2 – пружинный толкатель; 3 – механический цанговый замок; 4 – трос; 5 – разрывные электроразъемы.

Разделение газовых и жидкостных магистралей, осуществляется при помощи разрывной гермоплаты

Разрывная гермоплата.

1 – замок; 2 - пружина отделения, – гидроразъем; 4 - пневморазъем;

5 – плоскость разделения

При срабатывании пиропатрона происходит раскрытие шарикового замка, и пружины разделения расталкивают платы, при этом происходит разъединение гидро- и пневмо-разъемов.

Требования к компоновке пиромеханизмов.

Представлена конструктивная схема системы разделения торового отсека с использованием энергии пирозарядов.

Схема разделения крышки и торового контейнера

1 – замок детонационный, 2 – замок с детонатором, 3 – транслятор детонации.

К недостаткам пиромеханизмов разделения относятся:

• одноразовость срабатывания;

• большие ударные перегрузки при срабатывании:

• образование при срабатывании продуктов горения или детонации, выбрасываемых в космическое пространство:

• осколки разрушенных элементов конструкции.

Если разделение должно произойти без импульсивного воздействия на конструкцию КА разделение осуществляется при помощи элементов, содержащих термитный пиросостав и вставки из легкоплавкого материала