Материал: Основы проектирования РН Куренков

11.2. Уточнение компоновочной схемы ракеты-носителя с параллельным соединением ракетных блоков

11.2.1. Уточнение габаритов и мест сопряжения ракетных блоков

Уточнение проводится по следующей методике.

1.Если длина боковых ракетных блоков примерно равна длине центрального, как это показано на рис. 11.12, а (левый блок), то крепление выполняют по верхним силовым шпангоутам 7, 10 и нижним силовым кольцам 3, 11. При этом на боковых блоках устанавливают конические обтекатели 9.

2.Если длина боковых ракетных блоков несколько меньше длины центрального, как это показано на рис. 11.12, а (правый блок), то боковой блок оснащают силовым коническим обтекателем несимметричной формы 5, вершина которого с узлом крепления 6 находится на уровне верхнего силового шпангоута 7 центрального блока.

Рис. 11.12. Уточнение габаритов и мест сопряжения ракетных блоков

251

3.Если есть возможность изменять диаметр боковых блоков, то их длину можно «подогнать» под схемы рис. 11.12, а (слева или справа от центрального блока).

4.При невозможности варьирования диаметром боковых блоков

втопливном отсеке центрального блока устанавливают дополнительный силовой шпангоут 15 для сопряжения блоков, как это показано на рис. 11.12, б.

5.При относительно низких боковых блоках целесообразно сопрягать блоки в районе межбакового отсека центрального блока, вводя силовой шпангоут 14 в межбаковом отсеке, как это показано на рис. 11.12, б.

6.Если силовые кольца в хвостовых отсеках находятся не на одном уровне (из-за разных габаритов хвостовых отсеков и двигателей), как это показано на рис. 11.12, б, то крепление боковых блоков к центральному осуществляется с помощью ферменных конструкций 13 (типа тетраэдров). При этом необходимо наличие на боковых блоках двух силовых колец (1 и 12).

11.2.2. Схемы с унифицированными ракетными блоками

При выборе пакетной схемы с точки зрения экономики желательно, чтобы конструкция боковых блоков была одинакова (унифицирована). Ещё лучше, если удаётся сделать и центральный блок одинаковым по конструкции с боковыми блоками. В этом случае открываются пути к созданию так называемого семейства ракетносителей, первые и вторые ступени которых можно создать на базе одного унифицированного ракетного блока. Примеры семейств ра- кет-носителей приведены в разделе 17 настоящего учебного пособия.

11.2.3. Схема с неразъёмными соединениями ракетных блоков

При уточнении компоновочной схемы РН можно ракетный блок первой ступени РН составить из отдельных универсальных ракетных блоков (УРБ) с помощью неразъёмных соединений. При этом центральный блок также относится к одному из ракетных блоков первой ступени. Такая схема приведена на рис. 11.13.

252

УРБ

УРБ

УРБ А-А

Рис. 11.13. Схема с неразъемным соединением ракетных блоков

Недостатком этой схемы является то, что составной ракетный блок, выполненный по этой схеме, неэффективен по массе (три блока тяжелее одного с тем же количеством топлива), однако такая схема имеет преимущества, если в дальнейшем предполагается на базе отдельных УРБ создавать семейство ракет-носителей. Кроме того, стоимость составного ракетного блока, состоящего из трех отдельных, возможно, окажется ниже стоимости одного ракетного блока с большими массами и габаритами. К преимуществам этой схемы также следует отнести относительно малые габариты каждого отдельного блока, что очень важно для выбора средств транспортировки ракетных блоков.

11.2.4. Схема с отдельными блоками горючего и окислителя

На рис. 11.14 представлены варианты компоновки баков нижних ступеней РН с отдельными баками окислителя и горючего.

253

Рис. 11.14. Компоновочные схемы топливных отсеков нижних ступеней с отдельными баками окислителя и горючего

На схеме а) представлен вариант компоновки, в котором баки 1 и 2 различных компонентов топлива по диаметру и длине не одинаковы. Такая схема реализована на ракетном блоке первой ступени РН «Протон».

На схеме б) представлен вариант компоновки, в котором диаметры баков 1 и 2 одинаковы, а длины баков зависят от компонентов топлива. Для кислородно-керосиновых ракетных блоков при одинаковых диаметрах длины баков отличаются примерно на 5%. Это нетрудно посчитать, если учесть, что плотность жидкого кислорода 1140 кг/м3, плотность керосина 800 кг/м3, а отношение массы окислителя к массе горючего составляет 2,7.

В схеме с отдельными баками отсутствуют днища, которые должны разделять компоненты топлива. Поэтому такая схема эффективна в весовом отношении.

254

11.3. Уточнение сбрасываемых элементов ракеты-носителя

В компоновочной схеме РН необходимо определить плоскости или узлы разделения ракетных блоков (РБ). Крепление и разделение РБ осуществляется, как правило, с помощью пирозамков-толкателей.

Если РН имеет схему с последовательным соединением ракетных блоков, то отделение отработавших РБ осуществляется, как правило, совместно с переходными отсеками примыкающих верхних ступеней РН, как это схематично показано на рис. 11.15.

Плоскости стыка

Рис. 11.15. Схема разделения РБ с переходной фермой

Оставшиеся хвостовые отсеки уже не включены в силовую схему работы ступени и, по сути, являются балластом. Поэтому они также должны быть сброшены.

На рис. 11.16 представлена схема сброса хвостового отсека, которая получила название «сброс чулком». Для реализации данной схемы необходимо предусмотреть направляющие элементы для предотвращения удара корпуса хвостового отсека о двигатель и заклинивания хвостового отсека из-за перекоса элементов.

Плоскость разъёма

Направляющие

Хвостовой отсек в процессе отделения

Рис. 11.16. Схема сброса хвостового отсека «чулком»

255