Концептуальный подход к применению в системах разделения ракет-носителей замкового устройства шарикового типа без пиротехники

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Кургузов А. В.*, Ермаков В. Ю.**, Туфан А. ***, Бирюкова М. В.****

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: mandigit@yandex.ru
**e-mail: v_ermakov2003@mail.ru
***e-mail: anttufan@gmail.com
****e-mail: mar_601_24@mail.ru

Аннотация

Представлен концептуальный подход к использованию замкового устройства шарикового типа в составе систем разделения перспективных многоразовых ракет носителей. Сформулированы требования, задаваемые на уровне технического задания, такие как надежность удержания рабочей нагрузки; надежность срабатывания; быстродействие; энергия, затрачиваемая на срабатывание; отсутствие осколков после разделения и др. Исследованы различные аспекты конструкционной схемы, выбора технических параметров и особенности их применения, характерные для замкового устройства шарикового типа. Проведено экспериментально-математическое моделирование замкового устройства шарикового типа с учетом силы трения и износа элементов его конструкции с помощью специального программно-алгоритмического обеспечения.

Ключевые слова:

замковое устройство шарикового типа, перспективные многоразовые ракеты носители, система разделения ступеней, надежность срабатывания, контактная прочность, напряженно-деформированное состояние

Библиографический список

  1.  Ermakov V.Yu., Tufan A., Biryukova M.V. et al. Fundamentals of spacecraft dynamics. – Moscow: Izd-vo MAI, 2024. – 180 p.
  2.  Охочинский М.Н. Системы разделения в ракетной технике. Ч. 1. Системы разделения ступеней составных ракет. – СПб.: Изд-во БГТУ «Военмех», 2009. – 61 с.
  3.  Куренков В.И., Юмашев Л.П. Выбор основных проектных характеристик и конструктивного облика ракет-носителей: Учеб. пособие / Под ред. чл.-корр РАН Д.И. Козлова. – Самара: Изд-во СГАУ, 2005. – 240 с.
  4.  Колесников К.С., Кокушкин В.В., Борзых С.В. и др. Расчет и проектирование систем разделения ступеней ракет: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 376 с.
  5.  Ефанов В.В. Проектирование устройств и систем разделения космических аппаратов // Проектирование автоматических космических аппаратов для фундаментальных научных исследований. Т. 1. – 2-е изд., перераб. – М.: Изд-во МАИ, 2012. С. 336–397.
  6.  Hwang D.-H., Han J.-H., Lee J.et al. A mathematical model for the separation behavior of a split type low-shock separation bolt // Acta Astronautica. 2019. Vol. 164. No. 1, pp. 393–406. DOI: 10.1016/j.actaastro.2019.07.035
  7.  Xiong S., Wang J., Li Y. et al. Design and research of a low-noise pyrotechnic separation device // Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control. 2022. Vol. 41. No. 2, pp. 611–624. DOI: 10.1177/14613484211051872
  8.  Efanov V.V., Gorovtsov V.V., Kotomin A.A. et al. Pyro devices for the “ExoMars-2018” space complex separation // Solar System Research. 2015. Vol. 49. No. 7, pp. 569–572. DOI: 10.1134/S0038094615070059
  9.  Kotomin A.A., Dushenok S.A., Demyanenko D.B. et al. A new generation of spacecraft pyroautomatic systems as a result of a successful cooperation // Solar System Research. 2017. Vol. 50. No. 7, pp. 546–551. DOI: 10.1134/S0038094616070133
  10.  Yue H., Yang Y., Lu Y. et al. Research progress of space non-pyrotechnic low shock connection and separation technology (SNLT): A review // Chinese Journal of Aeronautics. 2022. Vol. 35. No. 11. pp. 113–154. DOI: 10.1016/j.cja.2021.07.001.
  11.  Kuzin E.N., Zagarskih V.I., Gasheev D.V. et al. Engineering methodology for assessment оf spacecraft structure shock load levels during pyromechanical separation // Solar System Research. 2018. Vol. 52. No. 7. pp. 662–665. DOI: 10.1134/S0038094618070146.
  12.  Xiong S., Li Y., Ye Y. et al. Quantitatively decoupling the impact of preload and internal mechanism motion on pyrotechnic separation shock // International Journal of Aeronautical and Space Sciences. 2021. Vol. 22. No. 1, pp. 1106–1117. DOI: 10.1007/s42405-021-00354-2
  13.  Золотов А.А., Нуруллаев Э.Д. Методы мониторинга надежности технических систем // Вестник Московского авиационного института. 2013. Т. 20. № 4. С. 72–80. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=46084&ysclid=m2cd4uuqnp562099231
  14.  Золотов А.А., Нуруллаев Э.Д. Методы повышения эффективности контроля агрегатов изделий ракетно-космической техники // Вестник Московского авиационного института. 2015. Т. 22. № 4. С. 46–52. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=63504
  15.  Lee J., Han J.-H. Separation and release devices for aeronautical and astronautical systems: A review // International Journal of Aeronautical and Space Sciences. 2024. DOI: 10.1007/s42405-024-00802-9
  16.  ГОСТ 14.201-83. Обеспечение технологичности конструкции изделий. Общие требования. – М.: Стандартинформ, 2009. – 9 с.
  17.  ГОСТ 27.410-87. Надежность в технике. Методы контроля показателей надежности и планы контрольных испытаний на надежность. – М.: Изд-во стандартов, 2002. – 79 c.
  18.  Амосов А.П., Воронин С.В., Лобода П.С. и др. Определение влияния поверхностного натяжения на механические свойства алюминиевого сплава методом компьютерного моделирования // Вестник Московского авиационного института. 2020. Т. 27. № 2. С. 214–222. DOI: 10.34759/vst-2020-2-214-222
  19.  Золотов А.А., Родченко В.В., Гусев Е.В. Прикладные задачи обеспечения надежности при разработке ракетно-космических систем. – М.: Изд-во МАИ, 2023. – 160 с.
  20.  Золотов А.А., Оделевский В.К., Родченко В.В. и др. Прикладные методы и алгоритмы обеспечения надежности и безопасности технических систем на этапе их разработки и эксплуатации. – М.: Изд-во МАИ, 2013. – 349 c.
  21.  Демьяненко Д.Б., Страхов И.Г., Дудырев А.С. и др. Пиротехнические временные устройства для объектов космической техники // Вестник НПО им. С.А. Лавочкина. 2012. № 3 (14). С. 35–39.
  22.  Singaravelu J., Jeyakumar D., Rao B.N. Reliability and safety assessments of the satellite separation process of a typical launch vehicle // The Journal of Defense Modeling and Simulation Applications Methodology Technology. 2012. Vol. 9. No. 4, pp. 369–382. DOI: 10.1177/1548512911401939
  23.  Antipov Y.A., Mkhitaryan S.M. Hertzian and adhesive plane models of contact of two inhomogeneous elastic bodies // European Journal of Applied Mathematics. 2022. Vol. 34. No. 4, pp. 667–700. DOI: 10.1017/S0956792522000237
  24.  Yaghoubi M., Tavakoli H. Hertzian contact stress // In: Mechanical design of machine elements by graphical methods. Cham, Switzerland, Springer, 2022.‎ 416 p.
  25.  Дегтярев С.А., Кутаков М.Н., Леонтьев М.К. и др. Учет контактных взаимодействий при моделировании жесткостных свойств роликовых подшипников // Вестник Московского авиационного института. 2015. Т. 22. № 2. С. 137–141. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=57616
  26.  Sugunesh A.P., Mertens A.J. A comprehensive study on Hertzian contact stress behaviour of engineering thermoplastic gears using 3D finite element analysis // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2023. Vol. 228. No. 2. pp. 586–597. DOI: 10.1177/09544062231167015
  27. ГОСТ 801-2022. Прокат из подшипниковой стали. Технические условия. – М.: Российский институт стандартизации, 2023. – 43 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2025