III стадия разработки

Материалы эскизного проекта должны содержать все расчеты по основным системам и элементам, формирующим конструктивно-компоновочную схему изделия, и обоснования по выбору её оптимального облика, реализующего ТТЗ и заданные по нему лётно-технические характеристики.

Все параметры и характеристики, приведенные в материалах аванпроекта, должны получить соответствующие подтверждения и обоснования. Графическая часть должна содержать общие виды и теоретические чертежи изделия. Составляются программа обеспечения надежности и комплексный план экспериментальной отработки РН.

Таким образом, эскизный проект отличается более подробной проработкой всех этапов аванпроекта.

В части проработки проектного облика РН эскизный проект включает в себя следующие этапы:

1) выбор состава бортовых систем, принципов их работы;

2) разработка конструктивно-компоновочной схемы;

3) разработка технических заданий на составные части РН (на отдельные ракетные блоки и бортовые системы).

4) согласование характеристик двигательных установок с основными проектными характеристиками РН;

5) расчетно-теоретические работы и выполнение эскизных проектов по основным составным частям ракеты и бортовым системам.

Состав бортовых систем РН и принципы их работы изучаются студентами в других дисциплинах, предшествующих дисциплине «Основы проектирования РН». Ниже приведен лишь типовой состав бортовых систем ракетных блоков:

- системы обеспечения теплового режима;

- системы наддува баков;

- системы одновременного опорожнения баков объёмомерные;

- системы одновременного опорожнения баков расходомерные;

- пневмогидравлические системы ракетных блоков;

- системы подачи топлива в двигатель;

- система регулирования боковой составляющей скорости;

- система регулирования кажущейся скорости;

- система регулирования нормальной составляющей скорости;

- системы крепления и разделения ракетных блоков;

- система крепления и разделения головного обтекателя;

- система крепления и разделения КА.

Конструктивно-компоновочная схема РН является логическим развитием её компоновочной схемы.

В отличие от компоновочной схемы в ККС представлены основные решения по конструкторским и технологическим членениям ракеты и приведены основные размеры сочленяемых элементов. Причём для узлов сочленения здесь отображаются некоторые принципиальные моменты (например, форма шпангоута для крепления полезного груза и обтекателя, форма и габариты силового кольца для крепления рамы двигателя и передачи усилий на корпус ракеты).

В ККС содержатся следующие частные документы:

- теоретические чертежи;

- виды общие;

- общие схемы блоков и РН в целом;

- зона размещения полезного груза под обтекателем;

- схема расположения элементов системы аварийного спасения (если она имеется);

- схема расположения элементов системы крепления и разделения головного обтекателя;

- схема расположения элементов системы крепления и разделения полезного груза;

- схема расположения элементов системы крепления и разделения ракетных блоков и сбрасываемых элементов;

- зоны размещения приборов в приборном отсеке;

- пневмогидравлические схемы двигательных установок ракетных блоков;

- зоны установки элементов ПГС (шаров-баллонов для наддува баков, раструбов наддува, заправочных клапанов, дренажно-предохранительных клапанов и т.п.);

- схема установки датчиков наполнения топливом и датчиков опорожнения баков;

- зоны прокладки кабелей и элементов пневмогидроавтоматики;

- места установки электрических, а также пневмогидро-разъёмов;

- схема установки и центровки ракетного двигателя с рамой;

- схема мест установки транспортировочных узлов;

- схема транспортировки ракетных блоков и ракеты в целом;

- схема установки ракеты на стартовое устройство;

- схема крепления ракеты на стартовом устройстве и схема разделения элементов крепления при пуске ракеты и др.

Конструктивно-компоновочная схема в процессе проектирования ракеты постоянно обновляется.

Конструктивно-компоновочная схема служит основой для задания размеров при составлении технических заданий на разработку бортовых систем и их элементов.

Разработка технических заданий на составные части РН проводится на основе состава бортовых систем ракетных блоков и конструктивно-компоновочной схемы. При составлении технических заданий (ТЗ) на составные части РН размеры берутся с ККС с учетом мест расположения и отведенных габаритов. На каждую из бортовых систем разрабатывают отдельное ТЗ.

Некоторые бортовые системы разрабатываются в том же конструкторском бюро (КБ), в котором проектируется РН, а некоторые разрабатываются в других КБ, специализирующихся по какому-либо направлению (например, система измерения кажущейся скорости на базе гироскопических приборов).

Согласование характеристик двигательных установок с основными проектными характеристиками ракеты-носителя проводится по следующим направлениям:

- выбор схемы ПГС с учётом системы наддува баков;

- согласование температур криогенных компонентов топлива в баках с номинальной температурой на входе в двигатель;

- согласование секундного расхода топлива из баков с параметрами тяги двигателя;

- согласование диаметров трубопроводов баков и диаметров входных патрубков двигателя;

- определение массы газа для наддува баков;

- определение массы и мест расположения шаров-баллонов с запасами сжатого газа, если наддув баков осуществляется не за счёт газификации основных компонентов топлива;

- определение циклограммы давления в баках в процессе выработки топлива и др.

Расчетно-теоретические работы проводятся в полном объёме. Вот некоторые из них:

- расчет и уточнение программы изменения угла наклона траектории;

- выбор расчетных случаев и расчеты на прочность;

- расчет колебаний корпуса РН;

- расчет колебаний жидкости в баках;

- расчет аэродинамических сил на активном участке полета;

- расчет параметров системы управления;

- расчет параметров функционирования пневмогидравлической системы;

- расчет тепловых потоков при прохождении плотных слоев атмосферы;

- расчет показателей надежность и др.

В некоторых случаях осуществляется заимствование бортовых систем, реализованных на других РН. В таких случаях расчетно-теоретические работы проводят в меньшем объеме.

После защиты эскизного проекта и открытия финансирования переходят к следующей стадии разработки.

Следует отметить, что при разработке ракет-носителей существенное внимание уделяется экономическим аспектам, которые не являются предметом рассмотрения настоящего учебного пособия и отражены, в частности, в работах [11, 12, 41, 44, 52].

Контрольные вопросы

1. Расскажите об истории создания первых ракет на жидких компонентах топлива.

2. Что Вы знаете о становлении ракетной промышленности СССР и первых космических полётах?

3. Воспроизведите структурную схему ракетно-космического комплекса.

4. Какие основные ракеты-носители мира Вы знаете?

5. Охарактеризуйте стадии разработки ракет-носителей.

6. Расскажите о первой стадии разработки.

7. Какие материалы должен содержать аванпроект?

8. Назовите виды проектных работ на стадии аванпроекта, касающиеся облика РН.

9. Какие материалы должен содержать эскизный проект?

10. Назовите виды проектных работ на стадии эскизного проектирования, касающиеся облика РН.