Формирование массовой сводки ракеты.

Массовая сводка ракеты – это последовательное перечисление масс отдельных частей ракеты, в сумме дающих массу ракеты целиком.

Массовая сводка ракеты составляется, начиная от последней (обычно третьей) ступени.

Массы ступеней ракеты состоят из:

• Массы полезной нагрузки;

• Массы ДУ ступени, в свою очередь состоящей из:

1. Массы силового корпуса (“кокона”);

2. Массы закладных фланцев;

3. Массы крышки воспламенительного устройства (ВУ);

4. Массы защитно – крепящих покрытий;

5. Массы “юбок” (вмотанных в органопластиковый корпус ДУ соединительных элементов);

   • Массы СЧ, состоящей из;

6. Массы облицовки сопла;

7. Массы входной части сопла;

8. Массы корпуса раструба;

9. Массы корпуса входной части;

   • И масс остальных элементов:

10. Массы органов управления;

11. Массы отсеков ступени;

12. Массы бортовой кабельной сети (БКС);

13. Массы тормозной двигательной установки (ТДУ). ТДУ служит для отвода отработавшей ступени от БР. Если на i-й ступени есть “стакан”, i+1 ступень выстреливается из него под воздействием расширяющихся пороховых газов (минометный старт), то есть ТДУ на i-й ступени уже не нужны. Соответственно на первых ступенях ТДУ есть у всех трех вариантов, а на второй ступени – только у варианта 1.

14. Массы порохового аккумулятора давления (ПАД). ПАД служит для минометного разделения ступеней, соответственно он присутствует лишь на тех ступенях, где есть “стакан”.

15. Массы ГО. Если в состав предпоследней ступени включен стакан, головной обтекатель разумно крепить на нем, и сбрасывать его при отделении этой ступени. Если стакана нет, то головной обтекатель крепится к соединительному отсеку третьей ступени, но отделяться он будет все равно вместе со второй ступенью и должен учитываться в массовой сводке этой ступени.

16. Массы опорно-ведущего пояса (ОВП). Для облегчения конструкции ступени, находящейся в “стакане”, она крепится лишь на верхнем центральном соединительном узле (ЦСУ, на нем же может крепиться и головной обтекатель), а с другой стороны удерживается опорно-ведущим поясом только от поперечных перемещений. ОВП сбрасывается при выходе i-й ступени из стакана и, соответственно, входит в состав i-1 ступени, т.е. той, на которой есть стакан.

17. Массы ЦСУ. В случае наличия на ступени “стакана”, через ЦСУ крепится ГО (если речь идет о предпоследней ступени) и одновременно ЦСУ является верхним узлом крепления для последующей ступени.

18. Массы элементов узла связи. Узел связи принимает на себя всю статическую нагрузку от веса ракеты при вертикальном положении транспортно-пускового контейнера.

На рис. 6 и 9 показаны конструктивные схемы корпуса ДУ и поворотного сопла. Следует отметить, что на этих рисунках некоторые толщины увеличены для наглядности изображения.

Рис. 6. Конструктивная схема корпуса ДУ.

На рис. 6 представлены следующие элементы:

1. Силовой корпус “кокон”. Обеспечивает сопротивление ДУ внутреннему давлению. Материал – органопластик ( ).

2. “Юбки”. Узел крепления ДУ в составе БР. Материал – органопластик ( ).

3. Закладные фланцы. Формируют полюсные отверстия. На них крепится сопловой аппарат и крышка воспламенительного устройства. Материал – алюминиевые или титановые сплавы ( ).

4. Крышка воспламенительного устройства (ВУ). На ней крепится воспламенительное устройство и датчики давления. Материал - алюминиевые или титановые сплавы ( ).

5. Гермослой. Обеспечивает герметичность корпуса при высоких давлениях. Материал – резина или клеевая пленка.

6. Теплозащитное покрытие. Защищает корпус от внутреннего нагрева. Материал – резина ( ).

7. Манжеты. Компенсируют деформацию от линейного расширения заряда. Материал – резина ( ).

8. Барьерный слой. Защищает резину ТЗП и гермослоя от диффузирующих из топлива масел. Материал – резина или алюминиевая фольга.

9. Промежуточный слой. Скрепляет топливо с барьерным слоем. Материал – капрон.

10. Краска. Защищает ракету от статического электричества и коррозии.

11. Заряд твердого топлива.

В данной методике и программе для приближенной оценки масс отдельных элементов конструкции, входящих в массовую сводку, использованы формулы из пособия [1]. Следует отметить, что в формулах 4, 6, 7, 10, 11, 12 необходимая размерность ([кг]) соблюдается за счет размерности весовых коэффициентов.

Расчет веса элементов корпуса ДУ.

1. Расчет веса силового корпуса («кокона»).

Вес силового корпуса определяется по формуле:

(1)

где:

[ ] ( - номинальное давление в камере сгорания)

[ ] - удельная прочность конструкции с кольцевой намоткой.

[ ] - плотность топлива

Значения и в зависимости от величины представлены в таблице 1. Величина определяется в зависимости от величины утопленности сопла по чертежу ( [см] - диаметр ступени, [ ] - диаметр нижнего полюсного отверстия).

Таблица 1

	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7
	1.148	1.17	1.20	1.26	1.335	1.466
	0.505	5.514	0.533	0.546	0.564	0.601

Геометрические характеристики силового корпуса определяются по зависимостям:

- коэффициент объемного заполнения цилиндрической части

- коэффициент объемного заполнения днищ

- максимально возможные коэффициенты объемного заполнения

- значение относительного свода горения

, [ ] - диаметр критического сечения сопла

2. Расчет веса закладных фланцев.

Расчетными случаями для определения веса фланцев будут являться:

• удовлетворение уровня прочности материала корпуса на смятие; этому условию отвечает экспериментально установленное соотношение:

• обеспечение прочности при работе на изгиб пластины единичной ширины длиной , нагруженной равномерным давлением .

где p* – давление на площадку , создающее силу, эквивалентную действующей на площадь полюсного отверстия

(рис. 7).

Рис. 7. Закладной фланец

;

.

Толщина фланца , удовлетворяющая последнему условию, будет:

.

С учетом сказанного вес обоих фланцев силового корпуса определяется по формуле:

, где: (2)

- коэффициент согласования,

- средний относительный диаметр полюсных отверстий,

, - предел прочности и плотность материала фланцев.

3. Расчет веса крышки ВУ.

Расчетным случаем является обеспечение прочности от внутреннего давления. Тогда толщина , а поверхность крышки .

С учетом сказанного вес крышки ВУ определяется по формуле:

(3)

где – удельная прочность материала крышки ВУ;

– коэффициент согласования.

4. Расчет веса защитно-крепящих покрытий (ЗКП).

В ЗКП условно будем включать герметизирующий, барьерный и промежуточный слои, а также теплозащитное покрытие и манжеты. Поскольку масса этих покрытий во многом зависит от формы заряда, а она в начале проектирования неизвестна, то для расчета веса ЗКП используются статистические зависимости, при этом толщина ТЗП, в соответствии с теоретическими представлениями и экспериментальными данными .

С учетом сказанного:

где: (4)

– плотность материала ТЗП;

– коэффициент согласования.

5. Расчет веса “юбок”.

Расчетными случаями для расчета веса “юбок” (рис. 8) обычно являются максимальные продольно-поперечные силы, действующие при эксплуатации и в полете. Однако в начале проектирования данные по таким нагрузкам отсутствуют, в связи с чем предполагается, что толщина “юбок” пропорциональна толщине цилиндрической обечайки силового корпуса ( ). Тогда:

, где: (5)

– удельная прочность материала “юбки”;

– коэффициент согласования (при этом имеется ввиду, что длина “юбок” составляет ).

Рис. 8. “Юбки”

Рис. 9. Типовая конструкция центрального поворотного сопла.

Типовая конструкция сопла (рис. 9) содержит следующие элементы:

1. Корпус входной части сопла, заканчивающийся неподвижной опорой для эластичного шарнира. Материал – титановые сплавы.

2. Экран корпуса входной части. Материал – углепластик ( ).

3. Эластичный шарнир, состоящий из пакета тонких стальных ( ) и резиновых колец, обеспечивающий поворот сопла.

4. Теплозащита эластичного шарнира. Материал – резина с ворсом ( ).

5. Воротник. Материал – углепластик ( ).

6. Кольцо входное. Материал – углерод-углеродный композиционный материал (УУКМ) ( ).

7. Облицовка вкладыша. Материал – тугоплавкий сплав на основе вольфрама (типа ВНДС).

8. Подложка вкладыша. Материал УУКМ( ).

9. Подвижная опора эластичного шарнира. Материал – титановые сплавы.

10. Кольцо опорное. Материал – стеклотекстолит ( ).

11. Корпус раструба. Материал – титановые сплавы.

12. Облицовка раструба. Материал – углепластик ( ).

13. Облицовка насадка. Материал – УУКМ ( ).

14. Привод к рулевой машине. Материал – титановые сплавы.