книги из ГПНТБ / Морозов Н.И. Баллистические ракеты стратегического назначения

системы, пневмосистемы и агрегаты автоматики систем. Топливо у таких ракет размещается и сгорает в одной емкости — в двигателе.

Зарубежные специалисты считают, что простота кон­ струкции, сравнительно низкая стоимость отработки дви­ гателей и высокая надежность их действия позволяют использовать РДТТ во многих типах БРСН.

Рис. 2.6. Устройство корпуса трехступенчатой ракеты с РДТТ:

Компоновка ракет с РДТТ аналогична компоновке ракет с ЖРД.

Форма хвостового отсека каждой ступени зависит от типа органов управления. На первой ступени он может быть выполнен закрытым или в виде фермы. Ферменные конструкции несколько увеличивают аэродинамическое сопротивление ракеты, но это мало влияет на дальность полета, так как потери скорости за счет аэродинамиче­ ского сопротивления, как считают зарубежные специа­ листы, для БРСН с РДТТ составляют не более 5%.

30

Ракеты с РДТТ независимо от количества ступеней имеют один приборный отсек; все остальные приборы, необходимые для управления работой двигателей от­ дельных ступеней, располагаются в переходниках или хвостовых отсеках этих ступеней. Для обеспечения нор­ мальной работы приборов системы управления прибор­ ные отсеки стараются размещать ближе к центру тяжести, так как в этом случае поперечные колебания ракеты вокруг центра тяжести будут оказывать меньше влияния на работу приборов.

В ракетах с РДТТ приборные отсеки часто размеща­ ют между боевой частью и корпусом двигателя послед­ ней ступени. Приборные отсеки, как правило, изготав­ ливают из алюминиевых сплавов в виде тонкостенной оболочки, подкрепленной силовым набором.

Переходники, как и в ракетах с ЖРД, предназначе­ ны для соединения ступеней, которые обычно имеют раз­ ные диаметры. Они могут быть открытого и закрытого типа. Их конструкция определяется способом разделения ступеней.

Открытые переходники, предназначенные для отвода газов из работающего двигателя верхней ступени, изго­ тавливаются в виде фермы из стальных труб. Закрытые переходники представляют собой тонкостенные оболочки, подкрепленные силовым набором.

Для уменьшения веса переходники делают из алю­ миниевых сплавов.

В ракетах с РДТТ в качестве устройств разделения ступеней и устройств отделения головных частей чаще всего используются тормозные пороховые двигатели.

Материалы, применяемые в ракетах с РДТТ, выбира­ ют в первую очередь с учетом возможности обеспечения ими заданных летных характеристик ракеты при мини­ мальном стартовом ее весе.

Для защиты металлических конструкций от нагрева используются теплозащитные покрытия, в состав кото­ рых входят эпоксидные смолы, окись алюминия и т. п.

2.4.Устройство систем БРСН с ЖРД

Ксистемам ракет относятся системы отделения го­ ловных частей (ГЧ), системы разделения ступеней и си­ стемы питания.

31

отделения их от корпуса в конце активного участка тра­ ектории. Поэтому системы отделения имеют две группы устройств: отделения и крепления. Отделение головной части от корпуса возможно при наличии относительной скорости после нарушения связи между корпусом и ГЧ.

быть в результате догона отделившейся ГЧ ступенью ракеты и соударения их или в результате затянувшегося во времени процесса отделения.

Это явление возникает из-за наличия тяги последей­ ствия (тяги, создаваемой двигателем после его выклю­ чения) .

Тяга последействия вызывается нерегулируемыми процессами двигателя и имеет значительные отклонения от ракеты к ракете. На рис. 2.7 показаны силы, действу­ ющие на корпус последней ступени БРСН, причем си­ ла F создается устройствами отделения, а сила Ра— тяга последействия. Для надежного отделения ГЧ от последней ступени необходимо, чтобы F^>Pn.

Отделяющаяся головная часть должна иметь мини­ мальные возмущения в процессе отделения, что обуслов­ лено необходимостью сохранения заданной кучности. Если в процессе отделения к головным частям будут приложены дополнительные усилия, изменяющиеся от ракеты к ракете, то точки падения получат дополнитель­ ный разброс и кучность будет ухудшаться.

В качестве устройств крепления ГЧ к корпусу по­ следней ступени могут быть использованы разрывные

32

болты и направляющие штыри. Разрывные болты уста­ навливаются в отверстиях стыковочных шпангоутов с ра­ диальным зазором и работают только на растяжение, а направляющие штыри — на срез.

Применяемые в БРСН устройства отделения могут быть расталкивающего и тормозящего типов.

В устройствах расталкивающего типа к ГЧ и кор­ пусу последней ступени прикладываются равные и про­ тивоположно направленные вдоль их продольных осей силы. Такие силы создаются пружинными, пневматиче­ скими или пороховыми толкателями. Источником энер­ гии в толкателях служит энергия сжатой пружины, дав­ ление сжатого воздуха или давление, создаваемое поро­ ховыми газами при сгорании пороха.

Таким образом, в устройствах расталкивающего типа головной части придается дополнительная скорость, ко­ торая должна быть постоянной от ракеты к ракете.

Вустройствах отделения тормозящего типа создают­ ся силы, действующие только на корпус ступени в на­ правлении, противоположном ее движению.

Вкачестве устройств тормозящего типа могут быть использованы тормозные пороховые двигатели, закреп­ ленные на корпусе последней ступени, или специальные тормозные сопла, приваренные к одному из топливных баков. Тормозящая сила создается в таких устройствах за счет силы тяги, возникающей при работе пороховых двигателей, или за счет газов наддува топливных баков, истекающих через сопла баков.

С и с т е м ы р а з д е л е н и я ступеней предназначены для соединения ступеней при эксплуатации и разделения их в полете. Эти системы состоят из устройств крепле­ ния и разделения.

В качестве устройств крепления, как и в системах крепления ГЧ, применяются разрывные болты. Конст­ рукция устройств отделения зависит от принятого спосо­ ба разделения ступеней: путем огневого разделения или торможением отделяемой ступени.

При огневом разделении сначала запускается дви­ гатель верхней ступени, затем выключается двигатель нижней ступени и срабатывают устройства крепления. Переходные отсеки в этом случае выполняются в виде ферм. Верхнее днище топливного бака нижней ступени

должно иметь теплозащитное покрытие во избежание прогорания при работе двигателя верхней ступени.

В системах разделения с торможением отделяемой ступени сначала выключается двигатель нижней ступени,

ты, ее конструктивных особенностей, устройства двига­ телей, состава топлива и от других факторов. Однако в любом случае она представляет собой совокупность емкостей, трубопроводов и агрегатов автоматики (кла­ панов, регуляторов), регулирующих подачу топлива. Счи­ тается, что топливные системы должны иметь минималь­ ный вес и минимальные гидравлические потери, быть герметичными, обеспечи&ать удобство и безопасность за­ правки, а также долговременное нахождение ракеты в

34

заправленном состоянии. В процессе работы системы не должно быть вибрации трубопроводов и гидроударов.

Герметичность систем является важнейшим требова­ нием. Известно, что некоторые жидкие топлива обладают взрывоопасностью, токсичностью, способностью к само­ воспламенению при смешивании и т. д. Естественно, что отсутствие герметичности систем может привести к са­ мым тяжелым последствиям. Поэтому при проектирова­ нии систем серьезное внимание уделяется выбору типа соединений трубопроводов и агрегатов автоматики, а так­ же материалов для элементов систем и технологии их изготовления.

Удобство заправки предусматривает такое размеще­ ние заправочных горловин, которое позволяет произво­ дить автоматическое подсоединение и отсоединение на­ земных заправочных приспособлений. Безопасность за­ правки достигается дистанционным управлением заправ­ кой и сливом компонентов топлива. Личный состав во время заправки удаляется со стартовой позиции.

Долговременное нахождение ракет с заправленным топливом допускается только при применении высококипящих компонентов. Поскольку некоторые из этих ком­ понентов являются самовоспламеняющимися и обладают высокой агрессивностью к большинству конструкцион­ ных материалов, при проектировании систем рекомен­ дуется выбирать стойкие к компонентам топлива мате­ риалы и принимать меры, предотвращающие контакт компонентов как в жидкой, так и в парообразной фазах.

Вибрация трубопроводов возникает в результате ра­ боты двигателя и перемещения отсеков, к которым кре­ пятся трубопроводы, а также вследствие пульсации давления Жидкости в последних. При совпадении частот возмущающих колебаний с частотами собственных коле­ баний трубопроводов возникают резонансные явления, в результате которых возрастают амплитуды колебаний трубопроводов и напряжения в них, что может привести к разрушению трубопроводов. Для устранения этого яв­ ления обычно выбирают соответствующие характеристи­ ки трубопроводов, а также места и способы крепления их к двигателю и корпусу ракеты. В связи с тем что вибрация трубопроводов зависит от большого числа па­ раметров ракеты и двигателя, теоретическое решение этого вопроса представляет определенные трудности.

Под гидроударом понимается резкое повышение дав­ ления жидкости в трубопроводе, вызванное быстрым пе­ рекрытием трубопровода, по которому двигался компо­ нент топлива. При определенных условиях повышение давления жидкости может привести к разрушению тру­ бопровода. Поэтому при проектировании систем выявля­ ют возможности возникновения гидроудара и намечают меры по уменьшению его интенсивности.

Рассмотрим некоторые конструкции трубопроводов и элементов их креплений.

Трубопроводы состоят из отрезков труб с приварен­ ными фланцами или только из труб. В первом случае трубопроводы сочленяются, образуя топливную магист­ раль, фланцевыми соединениями, а во втором — свар­ кой. Трубы изготавливаются из алюминиевых сплавов или из сталей. Благодаря большой удельной прочности алюминиевых трубопроводов, высокой стойкости к воз­ действию агрессивных компонентов и к коррозии их при­ менение в системах питания ракет считается более пред­ почтительным. Трубы могут быть цельнотянутыми и сва­ рными. Последние используются в трубопроводах очень больших диаметров, изготовление которых прокаткой затруднено.

Трубопроводы систем с верхним расположением баков имеют большую длину и при хранении ракет в горизонтальном положении могут прогибаться под дейст­ вием силы тяжести, а в условиях полета — терять устой­ чивость под действием осевых нагрузок. Для исключе­ ния этих явлений магистральные трубопроводы цент­ руются по всей длине относительно тоннельных труб, расположенных в нижних баках. Центрование дости­ гается созданием местных утолщений (рис. 2.9) из теф­ лона или стекловолокна; этими утолщениями трубопро­ вод опирается на тоннельную трубу. Если применяется жидкий кислород, трубопровод для уменьшения интен­ сивности теплообмена между окислителем и окружаю­ щей средой обматывается теплоизоляционным материа­ лом (стеклоткань, стекловата).

Трубопроводы оснащаются компенсаторами, которые представляют собой устройства, состоящие из двух флан­ цев, соединенных сильфоном. Сильфон выполняется в виде тонкостенной гофрированной трубы, которая обла­ дает способностью деформироваться в осевом направле­

36

нии и отклоняться в любом направлении от продольной оси. Компенсаторы применяются для компенсации по­ грешностей изготовления элементов систем при уста­ новке трубопроводов, а также для устранения напряже­ ний в трубопроводах, которые возникают в результате

Рис. 2.9. Трубопровод:

I — компенсатор; 2 — теплоизоляционный слой; 3 — центрующие вы­ ступы; 4 — фланец; 5 — труба

нагружения соединяемых устройств ракеты. Заметим, что компенсаторы в некоторой степени гасят колебания, передающиеся через трубопроводы, а также уменьшают интенсивность гидроудара, так как при внезапном повы­ шении давления в системе они могут значительно дефор­ мироваться.

тех участках, которые находятся между жесткими опо­ рами.

Соединения составных частей систем питания долж­ ны обеспечивать надежную герметичность как при

37

ков с целью обеспечения бескавитациогшой * работы на­ сосов двигателя и для повышения прочности баков при воздействии на них осевых сжимающих нагрузок.

На ракетах используются различные системы надду­ ва. Все они должны безотказно действовать, иметь ма­ лый вес и небольшие габариты элементов систем, быть

соответствующим командам от времен­ ного механизма системы управления. Разрывная мемб­ рана предназначается для устранения проникания па­ ров компонентов топлива в трубопроводы наддува. Газораспределитель служит для уменьшения интенсивности воздействия струи газа наддува, поступающего в бак, на верхний слой топлива.

При воздействии газа наддува на поверхность топ­ лива происходит его вспенивание и увеличение теплооб­ мена между газом и жидкостью.

Элементы системы наддува соединены трубопрово­ дами.

* К а в и т а ц и я — разрыв сплошности потока жидкости с об­ разованием в нем пустоты, в которую выделяются пузырьки насы­ щенного пара и растворенных в жидкости газов.

38

В зависимости от источника газа наддува различают следующие типы систем наддува:

—с газовым аккумулятором давления;

—с газогенераторами;

—с испарителями;

—с вспрыском реагента в топливный бак;

—с политропным расширением газа в баке;

—с пороховым аккумулятором давления.

Всистеме с газовым аккумулятором давления в ка­ честве емкостей для запаса газа наддува могут исполь­ зоваться торовые баллоны и баллоны шаровой или ци­ линдрической формы.

Вбаллоны заправляются газы под высоким давле­

нием.

Вкачестве газов могут использоваться гелий, азот, воздух.

Всистемах наддува с газогенераторами применяются два газогенератора, один из которых вырабатывает газ

свосстановительными свойствами для наддува бака го­ рючего, а другой — газ с окислительными свойствами для наддува бака окислителя. Иногда для получения газа для наддува используется основной газогенератор дви­ гателя, в котором вырабатывается восстановительный газ. Получившийся газ охлаждается и поступает в бак горючего.

Виспарительных системах наддува используются па­

ры основных компонентов топлива. Для этого основные компоненты отбираются и поступают в испарители (змее­ вики), которые омываются выхлопными газами из турбины. В испарительных системах можно применять только те компоненты топлива, которые не разлага­ ются при нагревании. К ним относятся: жидкий кисло­ род, четырехокись азота, аэрозин-50, жидкий водород

идр.

Всистемах с впрыском реагента в топливный бак в качестве газов наддува служат газы, которые образуют­ ся непосредственно в баках при впрыске специальных реагентов.

Всистемах наддува с политропным расширением га­ зов в баке наддув осуществляется из наземных источ­ ников газа перед стартом ракеты. На борту ракеты ни­ каких устройств для наддува бака нет. В процессе рас­ ходования топлива давление в баках хотя и падает,

39