2.5 Компоновка ракеты

Компоновкой ракеты называется взаимное расположение частей и отсеков ракеты, а также размещение в ракете полезного груза, оборудования, приборов.

Различают аэродинамическую и конструктивную компоновки. Под аэродинамической компоновкой понимают рациональный выбор внешних форм и взаимного расположения головной части, топливного и хвостового отсеков и оперения ракеты. Аэродинамическая компоновка определяет аэродинамические характеристики ракеты, в частности коэффициент силы сопротивления и подъемной силы и положение центра давления.

Взаимное расположение грузов, оборудования, приборов системы управлениями двигательной установки и т.п. внутри отсеков ракеты, а также взаимное расположение отсеков определяет конструктивную компоновку.

Компоновка ракеты проводится с учетом следующих основных требований:

1) обеспечить малое перемещение центра масс ракеты в полете;

2) конструкция ракеты должна быть простой и технологичной;

3) обеспечить наиболее благоприятные условия для работы отдельных агрегатов и узлов ракеты, особенно для приборов управления, на точность работы которых существенно влияют изменения температуры и вибрации;

4) обеспечить свободный доступ к отдельным элементам и агрегатам и агрегатам ракеты, в частности, к приборам СУ и к элементам автоматики ДУ;

5) обеспечить компактность ракеты, т.е. внутри ракеты не должно быть больших свободных объемов;

6) обеспечить снижение нагрузок на элементы конструкции ракеты.

Для улучшения динамических характеристик необходимо, чтобы центр масс ракеты был расположен впереди центра давление и в полете имел малое перемещение. Чтобы обеспечить это размешают более тяжелые компоненты топлива впереди по отношению к более легкому. По этой причине баки окислителя, как правило, располагают впереди баков горючего.

Во время полета ракеты по мере выравнивания топливо центр масс перемешается назад вдоль оси ракеты. Чтобы уменьшить передвижение центра масс применяют ступенчатое опорожнение топливных баков, особенно переднего с более тяжелым компонентом: сначала расходуется компонент из задней части бака, а затем из передней.

Чтобы переместить центр давления назад применяются стабилизаторы и конические хвостовые отсеки. В связи с изменением скорости полета ракеты изменяется положение и центра давления, что необходимо также учитывать.

Надо иметь в виду, что любая из рассмотренных мер изменения межцентрового расстояния влечет за собой увеличение пассивной массы ракеты. Рассмотрим взаимное расположение отсеков ракеты.

Приборный отсек можно расположить сразу за головной частью или в хвостовой части ракеты или посредине ее в межбаковом отсеке.

Расположение приборного отсека после головной части выгодно в том отношении, что приборы управления от двигательной установки и вибрации работающих двигателей меньше будут влиять на работу приборов. Но при таком расположении получаются длинными и тяжелыми электрокабели, соединяющие приборы с органами управления и наземным проверочным оборудованием. Для прокладки кабелей нужны специальные желоба внутри и снаружи топливных отсеков, что увеличивает пассивную массу ракеты.

При расположении приборного отсека в хвостовой части ракеты на работу СУ сильно влияют помехи, обусловленные близким расположением двигательной установки. Поэтому такая схема расположения приборного отсека не получила распространения.

Приборный отсек может быть расположен в межбаковом пространстве, если оно свободно, это расположение вблизи центра масс предпочтительнее, так как уменьшаются инерционные нагрузки на кабельной сети. Но в этом случае длина ракеты увеличивается, за счет ухудшения заполнения внутренних объемов.

В последнее время топливные отсеки выполняются чаще в виде одной емкости с промежуточным днищем. В этом случае приборный отсек размещается впереди топливного отсека. Длина ракеты при этом уменьшается.

При разработке компоновочной схемы ракеты необходимо по отсекам (топливному и хвостовому) разместить емкости под сжатый воздух и жидкий азот или гелий (если наддув баков производится азотом или гелием).

Емкости под сжатый воздух и сжатый азот (или гелий) могут быть шаровыми, торовыми и цилиндрическими. При заданном объеме и давлении наименьшую массу имеют шаровые емкости, а наибольшую - торовые емкости. Поэтому, с целью снижения массы выбирают шаровые емкости, наиболее удобны торовые емкости, они обеспечивают хорошее заполнение кольцевых объемов, не нарушая симметрии относительно оси ракеты. Цилиндрические емкости при компоновке и центровке ракеты неудобны. Наибольшее распространение получили шаровые и торовые емкости.

В хвостовых отсеках, кроме двигателей, размещается часть приборов системы управления, бортовые источники энергии, часть элементов пневмосистемы и органов управления.

Компоновка отдельных ступеней ничем не отличается от компоновки одноступенчатой ракеты, необходимо лишь иметь в виду, что головная часть с полезной нагрузкой и приборный отсек размещаются только на последней ступени.

Таким образом, при разработке компоновочной схемы необходимо стремиться к тому, чтобы обеспечивалась минимальная масса конструкции и оптимальная центровка ракеты, компоновка ракеты была достаточно плотной, пневмо -, гидро - и электрокоммуникации были короткими, а эксплуатация – удобной.