Основы проектирования РН Куренков

Рис. 15.7 Твердотельная модель фермы

15.3.4. Разработка моделей элементов крепления двигателей и хвостовых отсеков

При составлении плана использовать следующие пути построения сборок.

1.Создаются модели камеры сгорания с обечайкой сопловой части двигателя, опор, стержней и др., а затем производится сборка деталей двигателя путем сопряжения отдельных деталей.

2.Создаются основные детали (например, опоры и камера сгорания с обечайкой сопловой части двигателя), помещаются в сборку,

азатем достраиваются недостающие детали непосредственно в сборке (например, соединительные стержни рамы), используя возможности построения трехмерных эскизов.

При построении эскизов на плоскостях, перпендикулярных наклонным стержням, необходимо использовать опции, связанные с преобразованием плоскостей.

На рис. 15.8 в различных ракурсах и сечениях представлены варианты упрощенных твердотельных моделей сборок поворотных двигателей, закреплённых на плоской ферме балочной конструкции с

331

помощью карданных узлов или шаровых шарниров. Опорные узлы двигателей размещаются в местах сопряжения балок. Балки для облегчения выполняются пустотелыми (с коробчатым замкнутым сечением) и должны иметь высокий профиль в направлении действия силы тяги двигателей для обеспечения достаточной жёсткости конструкции.

Рис. 15.8. Твердотельные модели сборки крепления двигателей

На рис. 15.9…15.12 показана одна из возможных последовательностей построения твёрдотельных моделей элементов хвостового отсека ракетного блока с силовым кольцом, неподвижными камерами сгорания и боковыми рулевыми двигателями. Усилия от камер сгорания передаются на шпангоут корпуса РБ через ферму пространственной конструкции (как у хвостового отсека блока «А» РН «Союз»).

Рама двигателя строится отдельно с использованием возможностей трёхмерных эскизов (рис. 15.9). Сначала строится каркас будущей рамы, затем - модели опорных элементов камер сгорания (головок) двигателей и узлов крепления рамы к силовому кольцу.

Рис. 15.9. Твердотельная модель рамы двигателя

332

Эти элементы помещаются в соответствующие места каркаса и соединяются трубчатыми стержнями рамы.

Затем строятся модели корпусов камер сгорания с сопловыми частями (и донной защитой), которые вставляются в сборку рамы с двигателями. Стыковка осуществляется по соответствующим опорным элементам камер сгорания и рамы.

Далее строится модель силового кольца хвостового отсека (рис.15.10). В нижней части рисунка показаны сечения силового кольца в двух ракурсах. На этом рисунке также показаны модели двух стыковых шпангоутов, которые относятся к корпусу ракетного блока (сверху) и корпусу хвостового отсека (снизу).

Рис. 15.10. Твердотельная модель силового кольца хвостового отсека

Корпус хвостового отсека (рис. 15.11) представляет собой отдельную сборочную единицу и состоит из подсборки цилиндрической обечайки, подкреплённой силовым набором, подсборки днища со шпангоутами, подкреплённой кронштейнами, и четырёх подсборок силовых обтекателей для рулевых двигателей.

На рис. 15.12 показана модель собранного хвостового отсека в различных ракурсах (обшивка корпуса и турбонасосный агрегат не показаны).

333

Рис. 15.11. Твердотельные модели частей корпуса хвостового отсека

Рис. 15.12. Твердотельная модель сборки ХО в двух ракурсах

15.4. Разработка моделей космических головных частей

Элементы космической головной части представляют собой все те же тонкостенные подкрепленные конструкции. Поэтому на методике построения КГЧ останавливаться не будем.

Так как РН предназначена для запуска полезных нагрузок различного типа, то сборку полезной нагрузки заимствуют или строят в

334

упрощенном виде, обеспечивая узнаваемость по внешнему виду (КА «Зенит», КА «Союз», блоки международной космической станции, космический аппарат наблюдения или связи, космический комплекс для полета к Луне и планетам и др.). Для пилотируемых КА необходимо предусматривать установку двигателей системы аварийного спасения, если таковая не предусмотрена в самом пилотируемом космическом аппарате.

На рис. 15.13 представлены упрощенные модели полезных нагрузок (прототипы КА «Зенит» и «Союз»), створок головного обтекателя и РДТТ системы аварийного спасения.

Рис. 15.13. Модели полезной нагрузки и створок ГО

На рис. 15.14 представлены твердотельные модели различных космических головных частей (с разгонным блоком и без него) в различных ракурсах (внешний вид и в разрезе).

335

Рис. 15.14. Твердотельные модели космических головных частей

15.5. Разработка модели ракеты космического назначения

15.5.1. Сборка ракетных блоков

Твердотельные модели ракетных блоков (РБ) разрабатываются на основе использования построенных отсеков ракеты-носителя: баков, сухих отсеков, ферменных конструкций, двигателей с фермами крепления и переходных отсеков с полезной нагрузкой и створками головного обтекателя.

Строится сначала какой-либо один РБ, например первой ступени. Для построения одинаковых РБ используются возможности копирования (размножения). Для построения РБ второй и последующих ступеней рекомендуется использовать копирование уже созданной модели ракетного блока (если конструкции РБ подобны) и дальнейшая модернизация этой модели путем изменения размеров (или на основе параметрической связи отдельных размеров).

На рис. 15.15 в качестве примера представлены твердотельные модели ракетных блоков (без разреза и с разрезом) различных ступеней РН.

336

Рис. 15.15. Твердотельные модели ракетных блоков

15.5.2. Сборка ракеты и создание анимационной картины разделения составных частей РН в полёте

Для сборки ракеты должны быть созданы твердотельные модели всех составных частей ракеты (рис. 15.16). Сборка ракеты осуществляется путём сопряжения отдельных частей. При этом, как упоминалось, створки головного обтекателя не должны сопрягаться с разгонным блоком и космическим аппаратом.

На рис. 15.17 представлен пример твердотельной модели ракетыносителя с двумя боковыми блоками.

На рис. 15.18 в качестве примера приведён общий вид РН, спроектированной в рамках студенческого курсового проекта.

При дальнейшем совершенствовании твёрдотельной модели РН рекомендуется построить основные элементы системы крепления и разделения створок ГО, разгонного блока (если он предусмотрен в компоновочной схеме) и КА.

337

Рис. 15.16. Твердотельные модели составных частей ракеты

На начальных этапах проектирования строить рекомендуется только относительно крупные элементы, такие как толкатели створок ГО, ракетные двигатели для разделения этих створок, пирозамки крепления КА на переходном отсеке, толкатели створок ГО, толкатели КА и т.п.

338

Рис. 15.17. Твердотельная модель РН с двумя боковыми блоками

Системы твердотельного моделирования позволяют создавать анимационные ролики. При необходимости можно разработать анимационную компьютерную картину отделения ракетных блоков нижних ступеней, сброса створок головного обтекателя и отделения полезной нагрузки от ракеты-носителя. Эту картину в дальнейшем следует разработать подробнее в части работы средств разделения.

15.6. Определение геометрических и массоинерционных характеристик конструкции ракеты-носителя

в системе твердотельного моделирования

Одним из существенных преимуществ построения моделей ра- кет-носителей в системах твердотельного моделирования является то, что масса, центровочные и инерционные характеристики подсчитываются автоматически. На рис. 15.19, а представлено окно системы твердотельного моделирования SolidWorks, иллюстрирующее возможности измерения различных геометрических характеристик деталей и сборок.

339

Рис. 15.18. Общий вид ракеты-носителя

340