10.3. Компоновка топливных отсеков

Основные требования к компоновке топливных отсеков следующие:

1. Наименьший объем ракеты.

2. Наименьшая масса конструкции топливных отсеков.

3. Форма баков должна учитывать требования к положению центра давления аэродинамических сил.

4. Минимальные амплитуды колебаний жидкости в баках и др.

10.3.1. Компоновочные схемы топливных отсеков нижних ступеней рн

На рис. 10.9 представлены компоновочные схемы топливных отсеков нижних ступеней ракет-носителей. На этих схемах введены следующие обозначения: 1, 2 - баки окислителя и горючего; 3 – расходный трубопровод одного из компонентов; 4 - диафрагмы (для увеличения момента инерции массы топлива относительно продольной оси ракеты); 5 – бак жидкого водорода с теплоизоляцией.

Теплоизоляция внешней поверхности баков жидкого кислорода не предусматривается. Роль теплоизоляции выполняет слой инея, конденсированного из атмосферного воздуха. При запуске двигателей этот слой разрушается и падает вниз.

Рис. 10.9. Компоновочные схемы топливных отсеков
нижних ступеней ракет-носителей

Отметим особенности компоновки водородных баков.

1. Баки с жидким водородом должны иметь теплоизоляционное покрытие по внешней поверхности бака и по днищам (типа пенополиуретана), так как температура кипения жидкого водорода значительно ниже температуры кипения жидкого кислорода.

2. Даже если используются схемы совмещения днищ водородного и кислородного баков, то конструктивно из-за соображений безопасности эти днища все равно следует изготавливать из двух днищ, расположенных друг от друга на некотором расстоянии. Это делается, во-первых, во избежание соприкосновения компонентов топлива при негерметичности совмещенных днищ и образования взрывоопасной смеси и, во-вторых, для возможности конструктивного исполнения теплоизоляции днищ между водородом и кислородом.

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 10.10 а представлены варианты компоновки топливных отсеков первой ступени ракеты-носителя "Сатурн IВ" [19]. 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 обеспечении 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 10.10 б представлена компоновочная схема топливного отсека первой ступени ракеты-носителей: "Н-1" (блок А). 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 ракет-носителей различной грузоподъемности.

а) б)

Рис. 10.10. Компоновочные схемы топливных отсеков нижних
ступеней ракет-носителей «Н-1» и «Сатурн IВ»