Результат интеллектуальной деятельности: РАЗРУШАЕМАЯ КРЫШКА ПУСКОВОЙ ТРУБЫ

Изобретение относится к конструкциям разрушаемых крышек пусковых труб транспортно-пусковых контейнеров. Кроме того, оно может быть использовано как средство защиты от разрушения при аварийном росте внутреннего давления технологических сосудов, например автоклавов, аппаратов, резервуаров газовых хранилищ, работающих в условиях перепада давления.

Известна разрушаемая крышка пусковой трубы по патенту US 6311604 B1 (F41F 3/04, 2001). Известная разрушаемая крышка выполнена в виде сферического сегмента с опорным кольцом (корпусом), вводимым на трении в соответствующий конец пусковой трубы (транспортно-пускового контейнера). Крышка имеет фланец, устанавливаемый на соответствующем торце пусковой трубы при закрывании последней крышкой. Крышка по меридионально расположенным плоскостям разделена на множество одинаковых долей (индивидуальных сегментов). Отдельные доли могут быть изготовлены как путем разрезки цельной крышки пусковой трубы по меридионально расположенным плоскостям, так и путем отливки их в виде отдельных сегментов. В вершине сферического сегмента крышки выполнено сквозное отверстие, которое закрыто втулкой, плотно сидящей в упомянутом отверстии и удерживающей упомянутые доли (индивидуальные сегменты). При этом в варианте выполнения упомянутые доли удерживаются вместе при помощи ленты, намотанной на опорное кольцо (корпус) крышки. При установке крышки в пусковую трубу цилиндрическая часть опорного кольца вводится до края ленты. В этот момент лента снимается, крышка вводится в пусковую трубу до фланца и удерживается на месте за счет трения. Кроме того, мягкие индивидуальные сегменты (доли) прижимаются друг к другу, образуя герметичные стыки. В момент старта ракета сдвигает крышку и отбрасывает ее сегменты (доли) в радиальных направлениях под действием избыточного давления, действующего на вогнутую внутреннюю поверхность крышки. Крышка пусковой трубы изготовлена из легкого водостойкого материала типа пенополиуретана. Наружная поверхность крышки имеет покрытие, защищающее от обледенения и/или электромагнитного излучения. Кроме того, упомянутое покрытие облегчает выброс крышки и разделение ее на сегменты при старте.

Однако известная разрушаемая крышка не рассчитана на эксплуатацию при воздействии высокого наружного давления, и область ее использования ограничена пусковыми установками авиационного и наземного базирования.

Известна также разрушаемая крышка пусковой трубы по патенту RU 2375664 C1 (F41F 3/077, 2009). Разрушаемая крышка выполнена в виде сферического сегмента с опорным кольцом имеет фланец, устанавливаемый на соответствующем торце пусковой трубы при закрывании последней крышкой. Сферический сегмент разделен на доли, а в его вершине выполнено сквозное отверстие, которое закрыто втулкой. Сферический сегмент имеет зону, в которой плоскости раздела смежных долей сферического сегмента расположены в меридиональных плоскостях. Втулка и доли сферического сегмента выполнены с образованием щелевого зазора, расположенного концентрично продольной оси сферического сегмента, и меридионально расположенных щелевых зазоров. Упомянутые щелевые зазоры заполнены материалом (заливочной композицией) меньшей прочности, чем у материала долей сферического сегмента и втулки, образующим единое целое с материалом последних.

Известная крышка пусковой трубы обеспечивает прочность и герметичность при воздействии высокого наружного давления, и, вместе с тем, разрушается при незначительном избыточном давлении в подкрышечном объеме и обеспечивает при разрушении возможность полного освобождения проходного сечения крышки. Допустимая разность наружного и внутреннего избыточного давления разрушения для этой крышки определяется разностью прочностных характеристик композиционного материала (разностью прочности на сжатие и прочности на растяжение), заполняющего щелевые зазоры. Для заливочных композиций, применяемых при изготовлении подобных крышек, прочность на сжатие превосходит прочность на растяжение в 2-4 раза. Современные подводные носители в определенных условиях (например, после запуска ракеты) должны погружаться на глубину до 500 метров. При этом на крышки соседних пусковых труб будет действовать давление до 5 МПа. Вместе с этим крышки должны обеспечивать возможность их разрушения при давлении в подкрышечном объеме до ~0,2 МПа. При таком уровне нагрузок обеспечить выполнение противоречивых требований по прочности и разрушению только свойствами заливочной композиции (заливочного композиционного материала) сложно. Вышеотмеченное ограничивает возможности использования известного технического решения для подводных носителей, имеющих значительную глубину погружения, у которых уровень нагрузок на крышки пусковых труб и, соответственно, разность наружного давления и избыточного давления разрушения крышки высоки.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков с заявленным изобретением является разрушаемая крышка пусковой трубы по патенту RU 2460960 C1 (F41F 3/077 2011), выполненная в виде сферического сегмента с опорным кольцом, причем сферический сегмент разделен на доли, а в его вершине выполнено отверстие, закрытое втулкой, при этом упомянутые доли сферического сегмента и втулка установлены с образованием щелевых зазоров, которые заполнены заливочной композицией меньшей прочности, чем у материала долей сферического сегмента и втулки. При этом заливочная композиция образует единое целое с материалом долей сферического сегмента и втулки.

Заливочная композиция, заполняющая каждый из меридиональных щелевых зазоров, представляет собой две объемные части, одна из которых частично заполняет меридионально расположенный щелевой зазор с образованием продольной выемки, на поверхности которой нанесена антиадгезионная композиция, поверх которой выемка заполнена второй объемной частью заливочной композиции.

Данное предложение позволило значительно расширить диапазон значений между внешним давлением, при котором обеспечивается прочность сферического сегмента, и внутренним давлением, при котором происходит его разрушение.

Но более важным является стабильность параметров разрушения в некотором диапазоне, определяемом давлением испытания крышки на герметичность - давление Р_исп., без разрушения, как сдаточного параметра продукции, и давлением Р_разр.:Р_разр-Р_исп.=const, которое проводится в защиту партии крышек.

Задачей данного предлагаемого изобретения является повышение стабильности разрушения крышки.

Существенным признаком, обеспечивающим достижение выполнения поставленной задачи, является выполнение крышки с установкой жестких элементов с клиновидным заострением в верхних частях меридиональных щелевых зазоров между составными частями крышки с выпуклой стороны и заполнение второй части зазоров с вогнутой стороны заливочной композицией прочностью меньше прочности материала составных частей крышки, причем заострение всех жестких элементов выполнено с определенным радиусом, образующим в материале заливочной композиции канавку-концентратор напряжений, а поверхность клиновидного заострения жесткого элемента и одна из его боковых поверхностей имеют антиадгезионное покрытие.

Таким образом, обеспечивается высокая сопротивляемость крышки наружному давлению, когда включаются в работу жесткие элементы, заполняющие верхнюю часть зазоров, и стабильная разрушаемость ее из-за наличия концентраторов напряжения в заливочной композиции в нижней части зазоров.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется рисунками.

На фиг.1 схематично показана предлагаемая разрушаемая крышка, установленная на пусковой трубе, общий вид, продольный разрез; на фиг.2 - то же, вид в плане; на фиг.3 - соединение смежных долей сферического сегмента крышки, поперечный разрез по А-А на Фиг.2, повернуто.

В варианте осуществления изобретения заявляемая разрушаемая крышка используется в качестве передней крышки, например, транспортно-пускового контейнера. Разрушаемая крышка выполнена в виде сферического сегмента 1, который закреплен в опорном кольце 2 с герметизирующим элементом с помощью прижимов 3. Опорное кольцо 2 имеет фланец, устанавливаемый на передний торец транспортно-пусковой трубы 4.

Сферический сегмент 1, выполненный из композиционного материала, например, стеклопластика, разделен на доли 5. В вершине сферического сегмента выполнено отверстие, которое закрыто втулкой 6. При этом между долями 5 и втулкой 6 образован кольцевой, концентричный оси симметрии сферы, щелевой зазор. Между долями 5 сферического сегмента 1 в меридиональных плоскостях образованы щелевые зазоры, в верхнюю часть которых установлены жесткие элементы 8, в то время как нижняя часть зазоров и кольцевой зазор между втулкой 6 и долями 5 заполнены заливочной композицией 7 прочностью, меньшей прочности долей 5 сегмента 1. При этом нижняя часть жесткого элемента выполнена в виде клина, в вершине которого выполнено округление расчетного радиуса, и на грани клина и на поверхность округления нанесено антиадгезионное покрытие. Таким образом, в клеевой композиции образуются канавки, повторяющие геометрию нижней части жестких элементов 8.

При транспортировке и длительном хранении разрушаемая крышка в сборе с корпусом контейнера может периодически подвергаться внешнему механическому воздействию и воздействию избыточного давления окружающей среды. Сферический сегмент реагирует на эти воздействия типа сжатия как монолитная конструкция, которая совместно с опорным кольцом с герметизирующим элементом обеспечивает целостность и герметичность крышки в заданных пределах внешних воздействий.

При возникновении избыточного давления в подкрышечном объеме осуществляется раскрывающее воздействие. При этом в сферическом сегменте возникают растягивающие усилия и изгибающий момент, действующий в меридиональном направлении. От растягивающих усилий напряжения растяжения действуют по всей толщине стенки сферического сегмента. От изгибающего момента с внешней стороны действуют напряжения растяжения, а с внутренней - напряжения сжатия. В результате деформации, под действием этих напряжений в объемных частях щелевых зазоров, между долями сферического сегмента, образованных заливочной композицией, в вершине клиновидных канавок возникают трещины, которые распространяются внутрь сферы. В результате, происходит ослабление сечения по заливочной композиции.

При достижении избыточного давления выше расчетной величины происходит разрушение сферического сегмента. При этом благодаря системе щелевых зазоров, заполненных заливочной композицией меньшей прочности, чем у материала долей и втулки, сферический элемент распадается на индивидуальные сегменты и втулку, освобождая проходное сечение трубы.

Таким образом, благодаря особенности выполнения разрушаемой крышки пусковой трубы, изобретение обеспечивает возможность создания герметичной разрушаемой крышки, обеспечивающей прочность и герметичность при воздействии высокого наружного давления и вместе с тем разрушающейся при незначительном избыточном давлении в подкрышечном объеме, полностью открывая проходное сечение, при этом сформированный концентратор напряжений позволяет повысить разность между допустимым внешним давлением и избыточным предельным давлением в подкрышечном пространстве, а также повысить воспроизводимость и стабильность разрушения крышки.