Результат интеллектуальной деятельности: Узел соединения отделяемых частей летательного аппарата

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к системам соединения отделяемых частей летательного аппарата.

В машиностроении известны системы соединения ступеней летательных аппаратов, содержащие стыковочные фитинги, расположенные оппозитно друг другу, и распадающиеся узлы крепления, оси которых перпендикулярны плоскости стыковки фитингов - см., например, Основы конструирования ракет-носителей космических аппаратов. - М.: Машиностроение. 1991, с. 353-356. Принято за прототип.

Недостатком указанной системы соединения является то, что указанные распадающиеся узлы крепления несут в основном осевую нагрузку и не могут нести большую поперечную, сдвигающую, нагрузку. Для восприятия сдвигающей нагрузки в такие соединения необходимо устанавливать дополнительные элементы, например штыри, которые для разделения частей летательного аппарата установлены с зазором в поперечном направлении. Этот зазор при знакопеременной поперечной нагрузке влияет на длительную работоспособность соединения и может привести его к разрушению. Задачей данного изобретения является создание узла соединения отделяемых частей летательного аппарата с достижением технического результата в виде повышения сдвигоустойчивости узла соединения при длительных знакопеременных нагрузках с одновременной возможностью его отделения.

Эта задача решается таким образом, что в узел соединения отделяемых частей летательного аппарата, содержащий стыковочные фитинги, расположенные оппозитно друг к другу, и распадающиеся узлы крепления, оси которых перпендикулярны плоскости стыковки фитингов, в соответствии с изобретением на одном фитинге в плоскости стыка выполнены кольцевые зубья в виде равнобедренного треугольника в поперечном сечении, вертикальная ось которых параллельна оси распадающегося узла крепления, а поверхность которых контактирует с поверхностью кольцевого углубления, выполненного в оппозитном фитинге. Распадающиеся узлы крепления выполнены разрывными болтами, а отношение диаметра окружности D, на котором расположена вершина угла равных сторон равнобедренного треугольника поперечного сечения кольцевого зуба, к диаметру отверстия D₁ под разрывной болт находятся в интервале 1,4÷1,7, при этом окружность диаметра D расположения вершины угла зуба расположена концентрично к окружности отверстия D₁ под разрывной болт. Отношение длины основания L равнобедренного треугольника поперечного сечения кольцевого зуба к его высоте Н находится в интервале 0,52÷1,3, а величина длины основания поперечного сечения зуба L (мм) определяется из выражения , где Q - сдвигающая сила; D - диаметр окружности, на которой расположена вершина угла зуба; N - число кольцевых зубьев в стыке; σ_b - предел прочности материала фитинга с зубом, k - коэффициент, находящийся в интервале 0,5÷0,7.

Фитинг с кольцевым углублением выполнен из материала с твердостью, меньшей, чем материал фитинга с кольцевым зубом, отношение твердости материала фитинга с кольцевым зубом к твердости материала фитинга с кольцевым углублением находится в интервале 2,0÷5,0, а поверхность кольцевого углубления выполнена опрессовкой стыковочных фитингов.

На фиг. 1 показана схема элементов стыка.

На фиг. 2 показана укрупненная схема кольцевого зуба.

Узел соединения отделяемых частей летательного аппарата содержит (см. фиг. 1) расположенные оппозитно друг другу фитинги 1 и 2, распадающиеся узлы крепления 3, оси которых перпендикулярны плоскости стыковки фитингов. На одном фитинге в плоскости стыка выполнены кольцевые зубья 6 (см. фиг. 2) в виде равнобедренного треугольника в поперечном сечении, вертикальная ось которых параллельна оси распадающегося узла крепления, а поверхность которых контактирует с поверхностью кольцевого углубления, выполненного в оппозитном фитинге.

Узел работает следующим образом. При соединении частей летательного аппарата кольцевой зуб 6, расположенный на фитинге из твердого материала, входит в кольцевое углубление, выполненное опрессовкой оппозитного фитинга из материала меньшей твердости, за счет этого обеспечивается беззазорное соединение кольцевого зуба и кольцевого углубления. При наличии в стыке двух и более разрывных болтов опрессовкой фитингов можно получить беззазорное соединение кольцевых зубьев и кольцевых углублений, концентрично расположенных к окружности D под разрывные болты, что обеспечивает сдвигоустойчивое соединение частей летательного аппарата. Отношение длины основания L равнобедренного треугольника поперечного сечения кольцевого зуба 6 к его высоте Н находится в интервале 0,52÷1,3. За счет этого обеспечивается выполнение кольцевого углубления опрессовкой, не приводящей к деформации стыковочных фитингов, а также гарантированное отделение после срабатывания разрывного болта. Таким образом, форма кольцевого зуба, выполненного в виде равнобедренного треугольника поперечного сечения, вертикальная ось которого параллельна оси распадающегося узла крепления, обеспечивает соединение, а в дальнейшем отделение стыковочных фитингов.

Отношение диаметра окружности D, на котором расположена вершина угла равных сторон равнобедренного треугольника поперечного сечения кольцевого зуба, к диаметру отверстия D₁ под разрывной болт находится в интервале 1,4÷1,7, при этом окружность диаметра D расположения вершины угла зуба расположена концентрично окружности отверстия D₁ под разрывной болт. Минимум данного соотношения обеспечивает непопадание зоны кольцевого углубления в зону срабатывания разрывного болта, а максимум обеспечивает габариты стыковочных фитингов.

Фитинг с кольцевым углублением выполнен из материала с твердостью, меньшей, чем материал фитинга с кольцевым зубом, отношение твердости материала фитинга с кольцевым зубом к твердости материала фитинга с кольцевым углублением находится в интервале 2,0÷5,0, что обеспечивается изготовлением фитинга с кольцевым зубом из титанового сплава, а фитинга с кольцевым углублением - из алюминиевого сплава.

Длину основания зуба L определяют из условия прочности зуба по формуле

где Q - сдвигающая сила; D - диаметр окружности, на которой расположена вершина угла зуба; N - число кольцевых зубьев в стыке; σ_b - предел прочности материала фитинга с зубом, k - коэффициент, находящийся в интервале 0,5÷0,7.

Работоспособность узла соединения отделяемых частей летательного аппарата, показанного на фиг. 1 и фиг. 2, подтверждена статическими испытаниями на прочность и на циклическую сдвигающую нагрузку.

В результате статических испытаний на прочности определена разрушающая сдвигающая нагрузка, которая хорошо согласуется с результатами расчета необходимой длины основания зуба L, определяемая по формуле 1.

В утяжеленных испытаниях на циклическую нагрузку при штатном режиме узла соединения отделяемых частей летательного аппарата был установлен факт целостности узла соединения.

При отделении частей летательного аппарата срабатывают распадающиеся узлы крепления, выполненные разрывными болтами, закрепленными гайкой 4 и шайбой 5. При длительной эксплуатации соединения может происходить адгезия материала зуба в материал углубления, при этом импульс при срабатывании разрывного болта и форма кольцевых зубьев в виде равнобедренного треугольника в поперечном сечении, вертикальная ось которых параллельна оси распадающегося узла крепления, обеспечивает гарантированное отделение частей летательного аппарата. Кроме этого кольцевой зуб задерживает осколки, возникающие при разрыве разрывного болта.

Таким образом, как видно из вышеизложенного, обеспечивается сдвигоустойчивость узла соединения при длительных знакопеременных нагрузках с одновременной возможностью его отделения.