- •Конспект лекций по дисциплине «Устройство и проектирование ла»
- •Москва, 2012 г. Основные обозначения и сокращения
- •Введение
- •1. Строение и основные параметры атмосферы Земли
- •Стандартная атмосфера (сокращенная) Земли
- •1.1. Классификация ракет
- •2. Характеристика реактивного принципа движения и особенности ракетного полета
- •2.1. Траектория полета ракеты-носителя
- •2.2. Силы и моменты, действующие на ла на активном участке траектории полета
- •2.2.1. Движение точки переменной массы
- •2.2.2. Тяга ракетного двигателя и показатели его эффективности
- •2.2.3. Первая задача Циолковского
- •2.2.4. Формула Циолковского для многоступенчатой ракеты
- •3. Общие сведения об устройстве рн
- •3.2. Конструктивно-силовые схемы корпуса ступени
- •3.2.1. Структура корпуса ступени
- •3.3. Баки
- •3.3.1. Назначение баков и требования, предъявляемые к ним
- •3.3.2. Схемы баков
- •3.3.3. Конструкция баков
- •3.3.3.1. Гладкие баки
- •3.3.3.2. Бак с продольным набором
- •3.3.3.3. Шпангоуты бака
- •4. Системы наддува топливных баков
- •4.1. Предохранительные устройства для сброса избыточного давления
- •5. Арматура топливных баков
- •5.1. Заборные устройства баков
- •5.2. Система синхронного опорожнения баков (соб)
- •5.3. Система контроля уровня при заправке (ску)
- •5.4. Трубопроводы, тоннельные трубы
- •5.5. Сильфоны и гибкие трубопроводы
- •5.6. Соединения трубопроводов
- •5.7. Устройства в баках для гашения колебаний топлива
- •5.8. Крепление элементов арматуры
- •5.9. Люки, штуцера, фланцы баков
- •6. Конструктивно-силовые схемы отсеков корпуса рн
- •6.1. Бесстрингерные (гладкие) отсеки
- •6.2. Каркасные отсеки
- •6.3. Отсеки вафельной конструкции
- •6.4. Отсеки гофрированной и сотовой конструкции
- •6.5. Ферменные отсеки
- •7. Системы разделения ступеней и отделения головной части
- •7.1. Конструкция элементов систем разделения и отделения гч
- •8. Конструкция элементов специального назначения корпуса рБл
- •8.1. Теплозащитные днища (донная защита)
- •8.2. Теплозащитные экраны
- •8.3. Отражательные устройства
- •8.4. Узлы связи с комплексом наземного оборудования (связи "борт-земля")
- •8.5. Транспортировочные опоры
- •8.6. Узлы силового крепления рн к стартовому сооружению
- •8.7. Узлы силовой связи с агрегатами обслуживания
- •8.8. Заправочные соединения компонентов топлива
- •8.9. Платы электрических и пневматических разъемов
- •Литература
- •Содержание
3.2. Конструктивно-силовые схемы корпуса ступени
3.2.1. Структура корпуса ступени
Основой конструкции ступени, воспринимающей и передающей (перераспределяющей) все виды нагрузок: статических, динамических, сосредоточенных и распределенных, является КОРПУС.
Масса корпуса, зависящая прежде всего от эксплуатационных нагрузок, может составлять 70–80% массы конструкции РН.
Для обеспечения высокого конструктивного совершенства РН конструкция корпуса должна иметь минимальную массу. Это обусловливает работу корпуса в области напряжений, предельно допустимых для применяемых материалов с учетом аэродинамического нагрева, снижающего их механическую прочность. Корпус, объединяя все системы РН в единое целое, одновременно определяет и условия их работы, т.е. действующие на них нагрузки, температуру, вибрации, параметры среды в отсеках и др. Корпус можно считать составным элементом каждой из систем РН.
Из-за необходимости расстыковки при эксплуатации, функционировании, технологичности изготовления, сборки и возможности транспортировки обычными видами транспорта, крупногабаритные ракетно-космические изделия проектируются и изготавливаются разделяемыми на отдельные ОТСЕКИ.
Членятся и корпусные конструкции. Каждый отсек корпуса имеет поверхности стыка со смежными отсеками.
Стыки снабжаются конструктивными узлами для сборки и соединения отсеков друг с другом, для уплотнения (герметизации) стыков, а также, при функциональной необходимости – узлами для разделения отсеков или отброса смежного отсека, агрегата. Конструкцию корпуса отдельного РБл условно делят на отсеки по функциональному (выполняемая отсеком роль) или конструктивно-технологическому (тип его конструкции) признакам.
Корпус ступени включает (рис. 3.2):
1) ПЕРЕДНИЙ ОТСЕК – предназначен для стыковки с последующим РБл и служит для размещения приборов СУ и СТ при "холодном" разделении ступеней и для обеспечения выхода струй газов при запуске ДУ последующей ступени при "горячем" разделении;
2) ТОПЛИВНЫЙ ОТСЕК – состоит из баков окислителя и горючего и служит для размещения топлива на борту;
3) МЕЖБАКОВЫЙ ОТСЕК – объединяет баки окислителя и горючего в топливный отсек, а также служит для размещения в его объеме приборов СУ и СТ. Конструктивно топливный отсек может быть выполнен и без межбакового отсека с одним общим для обоих баков днищем.
4) ХВОСТОВОЙ ОТСЕК – образует хвостовую часть РБл и предназначен для размещения двигателей и агрегатов ДУ. Корпус хвостового отсека РБлП и последующих ступеней обычно сбрасываемый и выполняет роль переходного отсека.
5) ДОННАЯ ЗАЩИТА (ТЕПЛОЗАЩИТНЫЙ ЭКРАН) – предназначена для защиты расположенных в хвостовом отсеке конструкций и агрегатов от теплового и газодинамического, воздействия струй работающих РД.
6) ОТРАЖАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО – предназначено для защиты расположенного ниже бака от силового и теплового воздействия струй ДУ последующей ступени в процессе ее запуска при горячем разделении ступеней;
7) СИЛОВАЯ РАМА КРЕПЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ – служит для передачи и рассредоточения силы тяги двигателей на корпус хвостового отсека или заднюю юбку.
8) СИЛОВЫЕ КОЛЬЦА (СИЛОВЫЕ ШПАНГОУТЫ) – предназначены для передачи сосредоточенных нагрузок от ненесущих (подвесных) топливных баков к внешнему силовому корпусу.
9) УЗЛЫ СВЯЗИ С КОМПЛЕКСОМ НАЗЕМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ (СВЯЗИ "БОРТ–ЗЕМЛЯ") – обеспечивают транспортирование РН агрегатами комплекса, установку на стартовое сооружение, а также связь с агрегатами и системами стартового комплекса в процессе подготовки и проведения пуска.
Рис. 3.2. Структура корпуса ступени ракеты
Требования, предъявляемые к конструкции корпуса, должны обеспечивать:
– минимальную массу при необходимых прочности и жесткости;
– эксплуатацию РН во всем диапазоне заданных внешних условий;
– простоту изготовления и минимальную стоимость.
Элементы конструкции ракеты покажем на примере двухступенчатой ракеты с ЖРД (см. рис. 3.3).
Проанализируем конструктивно-силовые схемы элементов корпуса ступеней ракеты (см. рис. 3.1).
|
Рис. 3.3. Компоновочная схема баллистической двухступенчатой ракеты УР-100
1, 2 – двигатели 1-й ступени; 3 – тормозной двигатель (4 шт.); 4 – блок разъемов магистралей пневмогидравлической системы (ПГС) 1-й ступени; 5 – продольные демпфирующие перегородки; 6 – магистраль наддува бака окислителя 1-й ступени; 7 – бак горючего 1-й ступени; 8, 11, 21, 29 – датчики системы опорожнения баков (СОБ); 9, 18 – тоннельные трубы; 10 – бак окислителя 1-й ступени; 12 – двигатель 2-й ступени; 13 – бугель (4 шт.); 14 – рама для крепления двигателя 2-й ступени; 15 – блок разъемов магистралей ПГС 2-й ступени; 16 – камера сгорания (4 шт.) рулевого двигателя 2-й ступени; 17 – электрическая рулевая машина (4 шт.); 19 – магистраль наддува бака окислителя 2-й ступени; 20 – бак окислителя 2-й ступени; 22 – головная часть; 23 – приборы системы управления; 24, 27, 30, 33 – коллекторы магистралей наддува баков; 25 – поперечная демпфирующая перегородка; 26 – продольные демпфирующие перегородки; 28 – бак горючего 2-й ступени; 31 – защитный экран двигательной установки 2-й ступени; 32 – гаргрот; 34 – расходная магистраль окислителя; 35 – расходная магистраль горючего; 36 – стартовая опора (4 шт.); 37 – защитный экран двигательной установки 1-й ступени |