Материал: Основы проектирования РН Куренков

3.В промежутках между днищами должны устанавливаться датчики утечки компонентов топлива и должна быть предусмотрена продувка промежутка совмещенных днищ нейтральным газом.

4.Конструктивно возможно исполнение совмещенных днищ с герметизацией полости между ними и откачкой газов с помощью вакуумных насосов. В этом случае совмещенные днища функционируют с точки зрения теплоизоляции как сосуды Дьюара.

На рис. 10.13, а представлены варианты компоновки топливных отсеков первой ступени ракеты-носителя "Сатурн IВ" [19].

Рис. 10.13. Компоновочные схемы топливных отсеков нижних ступеней ракет-носителей «Сатурн IВ» [19] и «Н-1» [79]

У топливных отсеков, выполненных с отдельными баками, имеются достоинства и недостатки. К достоинствам следует отнести относительно малые габариты составных частей топливного отсека, что, во-первых, позволяет сделать стенки баков тоньше при обеспе-

221

чении достаточной прочности и, во-вторых, облегчает транспортировку его частей на космодром. К недостаткам следует отнести сложную и относительно тяжелую конструкцию соединительных элементов топливного отсека.

На рис. 10.13, б представлена компоновочная схема топливного отсека первой ступени ракеты-носителей: "Н-1" (блок А) [79]. К недостаткам такой схемы следует отнести неплотную компоновку топливного отсека и конструктивное исполнение баков в подвесном варианте, что требует наличие силового корпуса топливного отсека.

К достоинствам следует отнести меньшую толщину стенок сферических баков по сравнению с цилиндрическими и, следовательно, меньшую массу конструкции самих баков, а также меньшую поверхность испарения низкокипящих компонентов топлива. Сварка меньших толщин стенок сферических баков (по сравнению с толщинами стенок цилиндрических баков) более технологична. Кроме того, использование конических ракетных блоков различных габаритов позволяет создавать семейство РН различной грузоподъёмности.

На рис. 10.14 показаны фотографии сохранившихся частей РН «Н-1», которые установлены в парке жилого комплекса космодрома «Байконур».

Рис. 10.14. Части РН «Н-1» в жилом комплексе космодрома Байконур

Слева, на переднем плане, располагается донная защита шести центральных двигателей (перевёрнутая), а справа, на заднем плане, - сферический бак ракетного блока третьей ступени и тепловая защита бака окислителя ракетного блока второй ступени.

222

10.3.2. Компоновочные схемы топливных отсеков верхних ступеней

Как упоминалось, при малых объемах топливных баков, что характерно для верхних ракетных блоков ракет-носителей, компоновку хвостовых отсеков и компоновку топливных баков рассматривают совместно. Такие схемы представлены на рис. 10.15.

Рис. 10.15. Компоновочные схемы топливных и хвостовых отсеков ракетных блоков верхних ступеней ракет-носителей

10.3.3. Определение масс и объемов окислителя и горючего

Масса топлива считается известной из оптимального распределения масс по блокам ракеты-носителя.

Объем топлива ракетных блоков каждой ступени складывается из объема окислителя и объема горючего:

223

Кроме того, геометрические размеры баков зависят от конфигурации отдельных частей бака. На рис. 10.16 приведены три варианта днищ баков: полусферическое днище (а), днище в форме части поверхности сферы (б) и комбинированное днище, состоящее из части поверхности эллипсоида вращения (или тора) и части поверхности сферы (в).

Рис. 10.16. Формы днищ для баков цилиндрической формы

На этом рисунке введены следующие обозначения: 1 - сферическое днище; 2 - цилиндрический бак; 3 - межбаковый или переходный отсек; 4 - сферический сегмент днища; 5 - часть днища в виде части поверхности эллипсоида.

У каждой схемы есть свои достоинства и недостатки. При реализации схемы а) получается тонкое днище, но высокий межбаковый отсек. При реализации схемы б) межбаковый отсек получается небольшим по высоте, но необходим мощный шпангоут и увеличенная толщина днища по сравнению с баком в форме полусферы. При реализации схемы в) необходима сложная технология изготовления.

Методику расчета геометрических характеристик бака рассмотрим на примере топливного отсека цилиндрической формы с днищами в виде части сферы. Схема для определения размеров бака представлена на рис. 10.17. Исходные данные для расчета: диаметр ба-

ка D , объемы окислителя WOк i и горючего WГ i

В первом приближении можно принять радиус днища равным диаметру бака, то есть R = D. При таком условии обеспечивается равнопрочность цилиндрической и сферической частей бака при одинаковых толщинах этих стенок.

225