2.2 Конструктивные схемы одноступенчатых ракет с жрд

Одноступенчатые баллистические ракеты (БР) обычно состоят из следующих агрегатов или отсеков (рисунок 1): головной части 1, приборного отсека 2, топливного отсека, включающего в себя бак горючего и бак окислителя 7 и хвостового отсека 8. Отсеки ракеты собираются, как правило, отдельно и крепятся друг к другу болтами.

ГОЛОВНАЯ ЧАСТЬ (ГЧ). Корпус ГЧ ракеты представляет собой коническую оболочку с притуплённой вершиной, обычно покрытую специальным теплозащитным покрытием. Внутри корпуса размещается полезный груз.

ПРИБОРНЫЙ ОТСЕК (ПО). Выполняется как отдельная часть (с полной или местной герметизацией приборов) или как удлиненная юбка бака. Характерным для силовой схемы корпуса ПО является наличие мощного силового продольного набора и съемных силовых люков, обеспечивающих доступ к приборам системы управления (СУ). Иногда от ПО, как таковых, отказываются, размещая герметизированные приборы СУ по остальным отсекам и между ними.

ТОПЛИВНЫЙ ОТСЕК. Имеется два основных типа топливных отсеков: с несущими и ненесущими (подвесными) баками. Подвесные баки размещаются внутри специального каркаса, который воспринимает все внешние нагрузки, действующие на топливный отсек в полете и на старте. К этому каркасу болтами или специальными замками присоединяются головная часть и корпус хвостового отсека с двигательной установкой (ДУ).

У конструкции с несущими баками оболочка баков одновременно является силовой частью корпуса топливного отсека ракеты.

Рисунок 1

Рисунок 2 – Конструктивные схемы многоступенчатых ракет

а – с последовательным соединением ступеней (тандемная схема);

б – с параллельным разделением ступеней (пакетная схема);

в – с комбинированным соединением ступеней;

В хвостовом отсеке размещается двигательная установка. Корпус хвостового отсека является силовым элементом конструкции, воспринимающим осевые нагрузки на стартовом столе. Одновременно хвостовой отсек защищает ДУ от действия окружающей среды на старте. Он чаще всего состоит из сравнительно тонкой цилиндрической (реже конической) оболочки, подкрепленной продольным и поперечным набором. У некоторых ракет к шпангоутам хвостового отсека присоединяются стабилизирующие поверхности, увеличивающие устойчивость ракеты в полете. К шпангоутам хвостового отсека может присоединяться и рама основной двигательной установки, передающая усилие тяги на корпус ракеты.

2.3 Конструктивные схемы многоступенчатых ракет

Конструктивно - компоновочные схемы составных ракет могут иметь последовательное, параллельное и комбинированное соединение ступеней (рисунок 2). Схема с последовательным соединением ступеней (рисунок 2а) предполагает соосное расположение ступеней одна за другой. Ее иногда называют схемой с «поперечным делением» или схемой «тандем». Конструктивную схему с параллельным соединением ступеней иногда называют «пакетной», продольные оси ступеней параллельны или наклонены одна над другой на небольшой угол. Ракеты такой схемы можно создавать, соединяя в связку необходимое количество корпусов одноступенчатых ракет. При этом в качестве ступеней ракеты могут использоваться как твердотопливные, так и ракеты с ЖРД

Ракеты пакетной схемы могут выполняться с автономными блоками или же с гидравлической связью (по топливу) между двигателями соседних блоков. На старте запускаются двигатели либо только боковых блоков, либо всех блоков. После выгорания топлива боковых блоков последние отделяются, а центральный блок продолжает полет.

При прочих равных условиях ракеты с последовательным соединением ступеней имеют следующие преимущество: за счет меньшего диаметра более просто решается вопрос размещения ракет в шахтных пусковых установках и меньше лобовое сопротивление при разгоне ракеты в плотных слоях атмосферы: простота узлов сочленения; сравнительно небольшие возмущения при разделении ступеней; более простое пусковое устройство.

Недостатками ракет с последовательным соединением ступеней являются: - большая длина ракет (особенно тяжелых РН), что усложняет подготовку их к пуску и обслуживание на стартовой позиции; при запуске используются только двигатели первой ступени, из-за чего они должны быть достаточно мощными и, следовательно, тяжелыми; необходимость проектирования и отработки каждой ступени в отдельности, вследствие чего увеличивается стоимость ракеты. При пакетной схеме возможно использование готовых (штатных) блоков; необходимость запуска двигателей второй и последующих ступеней в полете при низких атмосферных давлениях, что повышает вероятность отказа в запуске и, следовательно, понижает надежность «тандема»; чувствительность конструкции такой схемы к поперечным перегрузкам из-за невысокой жесткости.

Ракеты комбинированной схемы сочетают пакетное и последовательное соединение ступеней. Например, первая и вторая ступени соединены в пакет, а третья соединяется со второй последовательно (рисунок 2). Они имеют достоинства и недостатки обеих рассмотренных выше схем.

На рисунок 3 в качестве примера показана конструктивная схема трехступенчатой РН «Европа-1», выполненной с последовательным расположением ступеней. На рисунке 4 показана схема трехступенчатой РН «Титан-ЗС», выполненная с комбинированным расположением ступеней. Центральный блок представляет собой трехступенчатую ракету, на которую навешиваются стартовые РДТТ, которые включаются одновременно, сразу после включения ЖРД первой ступени.

Рисунок 3 – Конструктивная схема трехступенчатой ракеты

«Европа -1»

1 – ускоритель первой ступени; 2 – плоскость разделения первой и второй ступеней; 3 – ускоритель второй ступени; 4 – плоскость разделения второй и третьей ступеней; 5 – ускоритель третьей ступени; 6 – плоскость разделения третьей ступени и спутника; 7 – плоскость разделения третьей ступени и обтекателя спутника; 8 – обтекатель спутника; 9 – спутник; 10 – бак горючего в топливном отсеке третьей ступени; 11 – бак окислителя в топливном отсеке третьей ступени; 12 – рулевые двигатели (2 шт.); 13 – маршевый (основной) ЖРД третьей ступени; 14 – бак окислителя ЖРД второй ступени; 15 – бак горючего ЖРД второй ступени; 16 – ЖРД второй ступени (4 шт.); 17 – отсек оборудования первой ступени; 18 – бак окислителя ЖРД первой ступени; 19 – бак горючего ЖРД первой ступени; 20 – хвостовой отсек; 21 – ЖРД первой ступени;

Рисунок 4 – Конструктивная схема ракеты-носителя «Титан -3С»

1 – вспомогательные РДТТ для разделения ступеней; 2 –ускоритель первой ступени с ЖРД; 3 – головной обтекатель стартового ускорителя; 4 –ускоритель третьей ступни с ЖРД; 5 – отсек системы ориентации; 6 – блок управления; 7 – головной обтекатель; 8 - ускоритель второй ступени с ЖРД; 9- стартовые РДТТ.