Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для разделения элементов конструкции

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано в авиационной, нефтяной и других отраслях народного хозяйства, где необходимо соединение и последующее разделение элементов конструкций (ступеней ракет, летательного аппарата и т.д.).

Известно устройство для разделения элементов конструкции (RU 2378607 С1, МПК: F42B 3/00 (2006.01), B64G 1/64 (2006.01), F42B 15/36 (2006.01), опубл. 10.01.2010), содержащее разрывной болт с установленными в нем пиротехническими средствами. Данное техническое решение обладает высокой надежностью разделения. Однако устройство ограничивается применением только для малых (осевых) нагрузок, действующих на него в осевом направлении (осевой нагрузки), так как в случае большой осевой нагрузки значительно увеличиваются габариты и вес этого устройства. Для того чтобы выполнить известное устройство с большой осевой нагрузкой требуется увеличить площадь спаянных поверхностей. Кроме того спаянный шов под нагрузкой обладает малым гарантийным сроком работоспособности.

Так же известно устройство для разделения элементов конструкции («Расчет и проектирование систем разделения ступеней ракет», К.С. Колесников, В.В. Кокушкин и др., Москва, издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006 г., стр. 40-41, рис. 1.23), представляющее собой пироболт, состоящий из головной и хвостовой частей. В головной части выполнена внутренняя полость, с размещенными в ней взрывчатым веществом, например термитного состава, и электровоспламенителем.

Основным недостатком такого устройства является образование при срабатывании неуправляемо разлетающихся осколков и высоких ударных нагрузок, возникающих в результате воздействия газов высокого давления. Осколки возникают в связи с тем, что при срабатывании взрывчатого вещества, корпус пироболта раздувается, и стенки его разрушаются по всей высоте заряда взрывчатого вещества, как в продольном, так и поперечном направлениях. Результатом срабатывания взрывчатого вещества также является воздействие ударных нагрузок на элементы разделяемой конструкции. Эти физические явления приводят к нарушению работоспособности приборов и других конструкций, расположенных вблизи устройства.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для соединения и последующего разделения элементов конструкции, принятое за прототип (RU 2194944 С2, МПК: F42B 15/38 (2006.01), F42B 15/38 (2006.01), B64G 1/64 (2006.01), F26F 3/02 (2006.01), опубл. 20.12.2002). Устройство для разделения элементов конструкции которого содержит разрывной болт с головкой и стержнем, расположенный в цилиндрическом отверстии, переходящим в коническое, одного из разделяемых элементов конструкции, а также в отверстии другого разделяемого элемента, при этом стержень выполнен с внутренней полостью, с установленными в ней зарядом взрывчатого вещества и инициатором заряда.

Данное устройство содержит большое количество деталей, что приводит к его утяжелению, сложности изготовления и низкой надежности. Основным недостатком этого устройств является образование при срабатывании разрывного болта неуправляемо разлетающихся осколков, и возможность вылета головной части разрывного болта из посадочного места, а также вообще не разделения разрывного болта. Осколки возникают в связи с тем, что при срабатывании взрывчатого вещества, стержень болта раздувается, и стенки его разрушаются по всей высоте заряда взрывчатого вещества, как в продольном, так и поперечном направлениях. Причиной таких явлений является то, что в данном устройстве не обозначены оптимальные размеры посадочного места под разрывной болт. Так, например, при малых размерах конического отверстия под разрывной болт, могут только растрескаться стенки стержня вдоль разрывного болта, и не нарушится связь разделяемых элементов. В случае отклонения размеров конического отверстия в большую сторону образуется множество осколков, обладающих большой кинетической энергией.

Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для разделения элементов конструкции, максимально устраняющего возможность повреждения приборов и окружающих конструкций разделяемого элемента.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в снижении ударных перегрузок, устранении образования не организованно летящих осколков и, как следствие, исключение повреждения окружающих приборов и элементов разделяемой конструкции.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для разделения элементов конструкции, содержащем разрывной болт с головкой и стержнем, расположенный в цилиндрическом отверстии, переходящим в коническое, одного из разделяемых элементов конструкции, а также в отверстии другого разделяемого элемента, при этом стержень выполнен с внутренней полостью, с установленными в ней зарядом взрывчатого вещества и инициатором заряда, где высота конической части отверстия равна высоте заряда взрывчатого вещества, причем плоскость основания конической части отверстия совпадает с плоскостью донной части внутренней полости, при этом диаметр основания конической части отверстия d_осн определяется соотношением:

d_осн≥d_б+2×b,

где: d_б - диаметр стержня разрывного болта,

b - толщина стенки стержня разрывного болта в месте разделения, притом общая высота цилиндрического отверстия, преходящего в коническое авна расстоянию от посадочной плоскости головки разрывного болта до плоскости разделения элементов конструкции, а отверстие в другом разделяемом элементе конструкции выполнено в форме цилиндрической проточки с резьбовым отверстием, причем в цилиндрической проточке соосно с разрывным болтом установлены шайба и втулка, равные по внешнему диаметру и суммарной высоте диаметру и глубине проточки соответственно, где в отверстии шайбы выполнен цилиндрический нож, режущая кромка которого выполнена в плоскости, совпадающей с плоскостью донной части внутренней полости, и контактирует со стержнем разрывного болта, при этом диаметр ножа равен наружному диаметру стержня разрывного болта.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображен общий вид устройства;

на фиг. 2 изображено устройство в сечении Б-Б.

Устройство для разделения элементов конструкции содержит разрывной болт, состоящий из стержня 1 и головки 2 (фиг. 1). В стержне 1 выполнена внутренняя полость 3, в которой установлен инициатор заряда 4, например электровоспламенитель. В донной части (на чертеже не показано) внутренней полости 3 расположен заряд взрывчатого вещества 5. Разрывной болт размещен в отверстии 6 одного из разделяемых элементов конструкции 7 и в отверстии 8 другого разделяемого элемента конструкции 9. При этом отверстие 6 состоит из цилиндрической части (на чертеже не показано), переходящей в коническую часть (на чертеже не показано), а отверстие 8 выполнено в виде проточки переходящей в резьбовое отверстие, в которое ввинчивается разрывной болт. Высота конической части отверстия 6 равна высоте заряда взрывчатого вещества 5, а плоскость основания конической части отверстия 6 совпадает с плоскостью донной части внутренней полости 3. Притом диаметр основания d_осн конической части отверстия 6 определяется соотношением:

d_осн≥d_б+2×b, где: d_б - диаметр стержня разрывного болта, b -толщина стенки стержня разрывного болта в месте разделения. Причем высота отверстия 6 равна расстоянию от посадочной плоскости В головки 2 разрывного болта до плоскости разделения элементов конструкции А. В проточке отверстия 8, соосно с разрывным болтом, установлена легко сминающаяся в осевом направлении втулка 10. Она может быть выполнена как пустотелой (фиг. 1), так и сплошной. Втулка 10 выполнена из мягкого материала, например из алюминия. На втулке 10, соосно с разрывным болтом, установлена шайба 11 (фиг. 1, 2) из твердого материала, например из легированной стали. Внешний диаметр и суммарная высота шайбы 11 и втулки 10 равны диаметру и глубине проточки отверстия 8 соответственно. В отверстии шайбы 11 выполнен цилиндрический нож 12. Режущая кромка ножа 12 выполнена в плоскости, совпадающей с плоскостью донной части внутренней полости 3 и контактирует со стержнем 1 разрывного болта. При этом диаметр ножа 12 равен наружному диаметру стержня 1 разрывного болта. Плоскость донной части внутренней полости 3 совпадает с плоскостью разделения элементов конструкции А.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии разрывной болт, расположенный соосно в отверстии 6 одного из разделяемых элементов конструкции 7 и в отверстии 8 другого разделяемого элемента конструкции 9, соединяет элементы конструкции 7 и 9. После срабатывания заряда взрывчатого вещества 5 за счет газов стержень 1 расширяется в объеме, прежде всего в донной его части, и встречается с режущей кромкой ножа 12 шайбы 11, а затем срезается в поперечном сечении, и газы практически мгновенно выходят из стержня 1 разрывного болта, что не позволяет стержню 1 сильно расширится, и тем самым ограничивается возможность образования осколков. Давление газов передается на шайбу 11, которая сминает втулку 10 из мягкого материала, тем самым минимизируются ударные нагрузки на упомянутый другой разделяемый элемент 9. Расширяясь, как и в прототипе, стенки стержня 1 упираются в стенки конической части отверстия 6 одного из разделяемых элементов конструкции 7, и стержень 1 фиксируется в нем.