Багатоступінчаста ракета-носій

1 Багатоступінчаста ракета-носій, переважно "пакетної" схеми, що містить центральний і периферійні блоки першого і другого ступенів, які складаються з баків з компонентами палива і маршової та рульової рушійних установок, міжступеневий перехідний ВІДСІК, корисне навантаження, міжблочні вузли зв'язку і опори стояння, яка відрізняється тим, що корисне навантаження встановлене на центральному блоці другого ступеня, який з'єднаний з периферійними блоками другого ступеня за допомогою двох поясів міжблочних вузлів зв'язку верхнього і нижнього 2 Багатоступінчаста ракета-носій за п 1, яка відрізняється тим, що у центральному блоці другого ступеня розташовані бак з одним компонентом палива, переважно з окислювачем, і рульова рушійна установка, а у кожному периферійному блоці другого ступеня розташовані бак з другим компонентом палива і маршова рушійна установка 3 Багатоступінчаста ракета-носій за п 1, яка відрізняється тим, що опори стояння змонтовані на міжступеневому перехідному відсіку і розташовані між блоками першого ступеня 4 Багатоступінчаста ракета-носій за п 1, яка відрізняється тим, що нижній пояс міжблочних вузлів зв'язку другого ступеня виконаний у вигляді поперечних і похилих тяг, а верхній пояс - у вигляді поперечних тяг з втулками, які взаємодіють з поздовжніми штирями, закріпленими на її периферійних блоках 5 Багатоступінчаста ракета-носій за п 1, яка відрізняється тим, що на міжступеневому перехідному відсіку змонтовані обтічники, які розташовані між периферійними блоками другого ступеня з можливістю повороту і фіксації за допомогою приводу у поздовжній площині (О (О о ю Винахід відноситься до ракетно-космічної галузі, а більш конкретно -до багатоступінчастих ракет-носмв і може використовуватися під час розробки ракет-носмв важкого класу "пакетної" схеми Відомою Є багатоступінчаста ракета-носій "пакетної" схеми, яка містить блоки першої і другої ступенів, які складаються з паливних баків і маршової і рульової рушійних установок, корисне навантаження, міжблочні вузли зв'язку і опори стояння (див книгу «Космонавтика», энциклопедия, М , «Сов Энциклопедия», 1985, с 67-68, 321-322) Відома ракета-носій (РН) має схему з паралельним розташуванням ступенів і складається з чотирьох бічних (периферійних) блоків, які утворюють першу ступінь, і центрального блоку, який являє собою другу ступінь У склад кожного блоку входять послідовно розташовані баки для обох компонентів палива, маршева і рульова рушійні установки Блоки першої ступені з'єднуються з центральним блоком двома поясами міжблочних вузлів зв'язку - верхнім і нижнім Причому верхні міжблочні вузли зв'язку поєднані з опорами стояння, які взаємодіють з ВІДВІДНИМИ фермами пускової установки і розташовані в одній горизонтальній площині При цьому опори стояння розташовані над бічними блоками першої ступені Таким чином, верхній пояс міжблочних вузлів зв'язку на пусковій установці навантажується стартовою вагою РН, а в польоті -тягою рушійної установки (РУ) Корисне навантаження встановлюється на другу ступінь 50661 Представником відомої РН є РН середнього класу "Восток" зі стартовою вагою -300т Для РН з великою стартовою вагою використовуються бічні блоки збільшених розмірів, а їх габарити порівнянні з габаритами центрального блоку Для розміщення великої КІЛЬКОСТІ компонентів палива центральний блок має збільшену довжину через обмежений діаметр (до 4м), величина якого лімітується залізничним габаритом При цьому крім сприйняття великих навантажень від сил ваги і тяги, виникає проблема СТІЙКОСТІ керування ракетою-носієм у польоті через малу жорсткість "пакету", тому що частота і форма пружних коливань блоків співпадає з динамічними характеристиками системи керування (див книгу В И Феодосьев «Основы техники ракетного полета», М , «Наука», 1979, с 418) Недоліком відомої багатоступінчастої ракетиносія є низькі енергетичні характеристики, які обумовлені наступними чинниками збільшена вага системи керування і прийняття конструктивних заходів щодо підвищення жорсткості «пакету» для забезпечення СТІЙКОСТІ керування, підсилення місць кріплення міжблочних вузлів зв'язку на блоках, тому що блоки першої ступені закріплені на бічній поверхні другої ступені, збільшення ваги міжблочних вузлів зв'язку, тому що вони повинні виконувати дві функції - кріплення блоків і роз'єднання блоків у польоті Найближчим до запропонованого по технічному рішенню є вибрана як прототип багатоступінчаста ракета-носій, яка описана у книзі («Ракетыносители» под ред С О Осипова, М , «Воениздат», 1981, с 13О рис 3 106, 173-174, 183) Вказана РН містить центральний і периферійні блоки першої і другої ступенів, які складаються з баків з компонентами палива і маршової і рульової рушійних установок, міжступеневий перехідний ВІДСІК, корисне навантаження, міжблочні вузли зв'язку і опори стояння На міжступеневому перехідному відсіку блоки першої ступені закріплені верхніми торцями, а блоки другої ступені - нижніми торцями Блоки другої ступені кріпляться верхніми торцями до перехідного відсіку, на якому зверху кріпиться корисне навантаження У склад кожного блоку входять послідовно розташовані баки для обох компонентів палива, маршова і рульова рушійні установки Опори стояння розташовані на нижньому торці кожного блоку першої ступені (по 4 штуки) На першій ступені є нижній пояс міжблочних вузлів зв'язку Відома РН має схему з послідовним розташуванням ступенів, що дозволяє підвищити ЩІЛЬНІСТЬ "пакету" першої ступені, а друга ступінь виконується у вигляді "пакету", що дозволяє зменшити її довжину У результаті цього збільшується жорсткість РН Розміщення опор стояння на ВІДОМІЙ РН призводить до наступних негативних наслідків Наявність міжступеневого перехідного відсіку є базою під час складання РН Отже під час знаходження РН на пусковій установці, враховуючи неточності виготовлення блоків першої ступені і їх деформації під дією сили ваги і температури компонентів палива, сонячної радіації і вітру, опори стояння будуть орієнтовані у просторі довільно і розташову ватися у різних площинах У результаті цього виникає ексцентриситет реакцій ферм пускової установки відносно як поздовжній осі РН, так і поздовжніх осей блоків першої ступені, що призводить до нерівномірного навантаження РН Блоки другої ступені закріплені між двома жорсткими базами (міжступеневим перехідним ВІДСІКОМ І перехідним ВІДСІКОМ), ЩО призводить до виникнення великих навантажень, які діють на блоки другої ступені, через нерівномірність їх деформацій під дією сили ваги і температури компонентів палива Недоліком відомої РН є її невисокі енергетичні характеристики, які обумовлені наступними чинниками зміцнення блоків першої і другої ступенів через ексцентриситет їх навантаження, велика вага перехідного відсіку, тому що до нього кріпляться усі блоки другої ступені, велика довжина блоків другої ступені, тому що у кожному блоці послідовно розташовуються два бака з міжбаковим ВІДСІКОМ І маршова РУ, яка має довге висотне сопло, велика висота (3 - 5м) міжступеневого перехідного відсіку через надання йому обтічної (конічної) форми В основу винаходу поставлена задача створення удосконаленої конструкції багатоступінчастої РН "пакетної" схеми, яка б дозволила забезпечити підвищення її енергетичних характеристик шляхом уведення в неї нових елементів і технічних рішень, таких як корисне навантаження встановлюється на центральному блоці другої ступені, який з'єднай з и периферійними блоками за допомогою двох поясів міжблочних вузлів зв'язку - верхнього і нижнього, що дозволяє виключити перехідний ВІДСІК і забезпечити кріплення усіх блоків другої ступені у єдиний "пакет", у центральному блоці другої ступені розташовується бак з одним компонентом палива (окислювачем) і рульова РУ, а в кожному и периферійному боці розташовується бак з другим компонентом палива і маршова РУ, що дозволяє зменшити довжину центрального блоку, тому що у ньому відсутні бак з другим компонентом палива і міжбаковий ВІДСІК, а рульова РУ має малі габарити, опори стояння монтуються на міжступеневому перехідному відсіку і розташовуються між блоками першої ступені, що дозволяє забезпечити рівномірне навантаження РН на пусковій установці і відведення ферм пускової установки під час пуску без зіткнення з РН, нижній пояс міжблочних вузлів зв'язку другої ступені виконується у вигляді поперечних і похилих тяг, а верхній пояс - у вигляді поперечних тяг з втулками, які взаємодіють з поздовжніми штирями, закріпленими на її периферійних блоках, що дозволяє зменшити навантаження периферійних блоків другої ступені, тому що похилі тяги нижнього поясу передають силу тяги маршових рушійних установок на центральний блок, а верхній пояс забезпечує ВІДНОСНІ поздовжні переміщення центрального і периферійного блоків через їх різні деформації, при цьому периферійні блоки навантажуються тільки своєю вагою, 50661 на міжступеневому перехідному відсіку монтуються обтічники, які розташовані між периферійними блоками другої ступені, що дозволяє зменшити аеродинамічний опір міжступеневого перехідного відсіку, обтічники монтуються на міжступеневому перехідному відсіку з можливістю повороту і фіксації за допомогою приводу у поздовжній площині, що дозволяє забезпечити відділення другої ступені у польоті від міжступеневого перехідного відсіку без зіткнення Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованій багатоступінчастій ракетіносм, переважно "пакетної" схеми, яка містить центральний і периферійні блоки першої і другої ступенів, що складаються з баків з компонентами палива і маршової та рульової рушійних установок, міжступеневий перехідний ВІДСІК, корисне навантаження, міжблочні вузли зв'язку і опори стояння, в ній корисне навантаження встановлене на центральному блоці другої ступені, який з'єднай з и периферійними блоками за допомогою двох поясів міжблочних вузлів зв'язку - верхнього і нижнього У центральному блоці другої ступені розташовані бак з одним компонентом палива, переважно з окислювачем, і рульова рушійна установка, а в кожному периферійному блоці другої ступені розташовані бак з другим компонентом палива і маршова рушійна установка Опори стояння змонтовані на міжступеневому перехідному відсіку і розташовані між блоками першої ступені Нижній ПОЯС міжблочних вузлів зв'язку другої ступені виконані у вигляді поперечних і похилих тяг, а верхній пояс - у вигляді поперечних тяг з втулками, які взаємодіють з поздовжніми штирями, закріпленими на її периферійних блоках На міжступеневому перехідному відсіку змонтовані обтічники, які розташовані між периферійними блоками другої ступені з можливістю повороту і фіксації за допомогою приводу у поздовжній площині Для пояснення конструкції РН і и роботи додаються креслення та и детальний опис На кресленнях зображено на фіг 1 - загальний вид РН, на фіг 2 - вид А фіг 1 (компонування блоків першої ступені), на фіг 3 -розріз Б-Б фіг 1 (компонування блоків другої степені), на фіг 4 - виносний елемент І фіг 1 (верхній пояс міжблочних вузлів зв'язку другої ступені), на фіг 3 - переріз В-В фіг 3 (поздовжній переріз обтічника) Запропонована багатоступінчаста РН складається з чотирьох блоків 1 першої ступені, міжступеневого перехідного відсіку 2, п'яти блоків другої ступені (один центральний блок 3 і чотири периферійних блока 4) і корисного навантаження 5 Кожен блок 1 першої ступені складається з маршової рушійної установки 6 (з хитними камерами для керування), бака 7 пального і бака 8 окислювача Блоки 1 першої ступені підстиковані верхніми торцями до міжступеневого перехідного відсіку 2, а в районі хвостового відсіку вони з'єднані за допомогою міжблочних вузлів 9 зв'язку, які виконані у вигляді поперечних тяг Блоки 3, 4 другої ступені закріплені на міжсту пеневому перехідному відсіку 2 нижніми торцями і з'єднані між собою за допомогою двох поясів міжблочних вузлів зв'язку нижнього 10 і верхнього 11 Центральний блок 3 містить рульову рушійну установку 12 і бак 13 окислювача (рідкий кисень), а кожний периферійний блок 4 містить маршову рушійну установку 14 і бак 15 пального (керосину) Нижній ПОЯС 10 міжблочних вузлів зв'язку виконай у вигляді поперечних 16 і похилих тяг 17, а верхній пояс 11-у вигляді поперечних регульованих по довжині тяг 18 з втулками 19, які взаємодіють з поздовжніми штирями 20, закріпленими на периферійних блоках 4 На міжступеневому перехідному відсіку 2 жорстко змонтовані опори стояння 21 і шарнірно закріплені за допомогою осей 22 чотири обтічники 23, які закріплені на центральному блоці 3 за допомогою піроболтів 24 і взаємодіють з пружинними штовхачами 25 Робота запропонованої багатоступінчастої РН здійснюється наступним чином На ферми пускової установки, які відводяться, ракету-носій встановлюють опорами стояння 21, що рівномірно розташовані в одній площині Розміщення опор стояння 21 між блоками 1 забезпечує підведення (відведення) ферм пускової установки без зіткнення Потім ЗДІЙСНЮЮТЬ передстартову підготовку РН і заправлення її компонентами палива У результаті цього кожен блок 1 знаходиться під дією тільки сили розтягнення від самої його ваги, а сила ваги усієї РН сприймається через опори стояння 21 Таким чином, міжступеневий перехідний ВІДСІК 2 є єдина база як під час складання РН, так і під час його знаходження на пусковій установці Розміщення рідкого кисню в одному баці 13 спрощує його заправлення і живлення, а також зменшує втрати кисню на випаровування У процесі польоту РН міжблочні вузли 9 зв'язку утримують блоки 1 від поперечних переміщень Обтічники 23, які розташовані між периферійнимиблоками 4, знижують аеродинамічний опір квадратного міжступеневого перехідного відсіку 2 Перед розділенням ступенів підривають піроболти 24, і обтічники 23 під дією пружинних штовхачів 25 відводяться на безпечну відстань (на фіг 5 відведене положення вказане пунктирною ЛІНІЄЮ) ПОТІМ друга ступінь ВІДДІЛЯЄТЬСЯ, а "пакет" із блоків 1 першої ступені і міжступеневого перехідного відсіку 2 відводять у район падіння У процесі польоту другої ступні нижній пояс 10 міжблочних вузлів зв'язку забезпечує кріплення блоків 3, 4 від поздовжніх і поперечних переміщень, а верхній пояс 11 міжблочних вузлів зв'язку - від поперечних переміщень Наявність втулок 19 запобігає навантаженню периферійних блоків 4, тому що забезпечується поздовжнє переміщення штирів 20, що компенсує неточності виготовлення блоків 3, 4 і деформації, які виникають у процесі заправлення РН і у процесі її польоту Далі ВІДДІЛЯЄТЬСЯ корисне навантаження 5 Таким чином, запропонована схема компонування другої ступені дозволяє зменшити її довжину на -30%, а наявність обтічників дозволяє зменшити висоту міжступеневого перехідного відсіку, для забезпечення його обтічності у 2 - 4 рази 50661 Запропонована схема компонування, що забезпечує високі енергетичні характеристики, дозволяє створити РН важкого класу у скорочені терміни і з мінімальними витратами, тому що для створення блоків РН можливо використовувати Фіг.І. 8 існуючи технічні розробки (щодо схемних і конструктивних рішень, щодо транспортних засобів, щодо виробничної та випробувальної баз, щодо технологічного обладнання) ю 50661 Л Б- Б 21 Пг.2. Фіг.4. В Фіг.З,