Материал: Основы проектирования РН Куренков

В качестве примера в табл. 10.1 представлены данные по двигателям первых ступеней ракет-носителей «Союз», «Н-1», «Зенит», «Сатурн-V». Результаты по значениям тяг этих двигателей приведены к одной камере сгорания.

Таблица 10.1. Приведенные статистические данные по РД

Результаты обработки статистических данных показаны на рис. 10.3. На поле этого рисунка приведена регрессионная зависимость, под которой приведено значение коэффициента корреляции, равное

(0,9837).

Аналогично можно построить расчетные зависимости и для поперечных размеров двигателя, диаметров камер сгорания и др.

На последующих этапах проектирования производятся детальные расчеты габаритных и других характеристик ракетных двигателей. Одна из таких методик приведена в учебнике [19].

10.2.2. Определение длины хвостового отсека

Длина хвостового отсека определяется, во-первых, конфигурацией нижнего днища бака, к которому примыкает двигатель, во-вторых, длиной камеры сгорания с сопловой частью и, в-третьих, схемой передачи усилий от камеры сгорания к силовому шпангоуту бака (конфигурацией рамы двигателя).

так как сопловая часть двигателя может выступать из хвостового отсека (см. рис. 10.2).

211

Рис. 10.3. График зависимости длины хвостового отсека от тяги двигателя

На рис. 10.4 на левой фотографии показан хвостовой отсек РН «Зенит» c выступающими сопловыми частями двигателя РД-170, а на правой фотографии - хвостовой отсек южно-корейской РН «Naro» c выступающей частью российского двигателя РД-191 [54].

Для других (не классических) схем двигателей и различных конфигураций днищ баков длина хвостового отсека определяется конструктивно в результате проведения компоновочных работ по сопряжению двигателя с днищем бака с учетом передачи усилий, в том числе и через силовые элементы в корпусе хвостового отсека.

В хвостовом отсеке должны быть предусмотрены зоны прокладки электрических, пневматических, гидравлических, тепловых коммуникаций и установки соответствующих разъемов, особенно если ракета на старте опирается на корпус хвостового отсека.

На рис. 10.5 представлен вид РН «Энергия» со стороны двигателей. Видно, что хвостовой отсек центрального блока выполнен в виде выступающих частей дополнительных обтекателей двигателей РД-0120 [79].

212

Рис. 10.4. Хвостовые отсеки РН «Зенит» и РН «Naro» [54]

Рисунок 10.5. Хвостовые отсеки блоков РН «Энергия» [79]

Следует отметить, что на некоторых РН корпус хвостового отсека вообще отсутствует. На ракете Titan-II усилия от камер передаются через ферму, как это показано на рис. 10.6, слева [74], а на РН Ariane V - через коническое днище бака, рис. 10.6, справа.

213

Рис. 10.6. Хвостовые части РН Titan-II [79] и Ариан-5 [76]

10.2.3. Компоновочные и силовые схемы хвостовых отсеков

После расчёта объёмно-габаритных характеристик хвостовых отсеков и определения их длины выбирается компоновка с учетом схемы передачи усилий от двигателя на корпус ракеты.

Возможные варианты компоновки хвостовых отсеков с учетом схем передачи усилий для нижних ступеней ракет-носителей представлены на рис. 10.7 и 10.8. Стрелками обозначены направления смещения среза сопла при повороте двигателей.

На рис. 10.7, а представлена силовая схема хвостового отсека нижней ступени ракеты-носителя с передачей усилий через рамы двигателя к силовому кольцу. При данной схеме камеры сгорания основного двигателя крепятся к узлам рамы неподвижно, поэтому необходима установка рулевых двигателей.

На рис. 10.7, б показана силовая схема хвостового отсека нижней ступени ракеты-носителя с передачей усилий через раму двигателя к к лонжеронам корпуса хвостового отсека. Камеры сгорания двигателей крепятся к раме с помощью карданных узлов и управление осуществляется с помощью поворотов двигателей.

214

Вид А

Вид А

Рис. 10.7. Компоновочные схемы хвостовых отсеков нижних ступеней ракет-носителей:

а) с рулевыми двигателями; б) с поворотными камерами

На рис. 10.8 представлена компоновочная схема хвостового отсека с передачей усилия через силовые кольца с поперечными балками.

Возможны два варианта передачи усилий от двигателей: а) периферийные двигатели опираются на силовое кольцо, а центральный двигатель на узел пересечения двух диаметральных балок; б) все двигатели опираются на узлы соединения балок. Балки имеют коробчатое сечение для уменьшения их массы и обеспечения достаточной жесткости.

215