Авіаційний ракетний комплекс

1. Авіаційний ракетний комплекс, що містить літак, котрий включає вантажний відсік з підлогою, ракету, котра включає бак рідкого кисню з системою контролю рівня, та вузли кріплення ракети у вантажному відсіку, який відрізняється тим, що у вантажному відсіку літака встановлена кріогенна ємність з рідким киснем, при цьому у баці рідкого U 1 3 гою спеціальних козлових підйомних пристроїв (див. книгу В.М.Филин "Путь к "Энергии", М., "Логос", 2001, с.71-73). Скидання ракети з літакарозгінника у точці старту здійснюється за допомогою маневру за патентом України №56365, МПК B64G 1/00, F41F 3/00, 1999р. Найближчим до запропонованого по технічному рішенню є вибраний як прототип авіаційний ракетний комплекс за патентом РФ №2.026.798, МПК B64D 5/00. Цей АРК містить літак, котрий включає вантажний відсік з підлогою, ракету, котра включає бак рідкого кисню, та вузли кріплення ракети у вантажному відсіку. В ракетах, заправлення яких здійснюється у вертикальному положенні на наземній пусковій установці, система контролю рівня (СКР), що встановлена у баку рідкого кисню, орієнтована паралельно поздовжній осі ракети (див. патент України №4473и, МІЖ B64G 1/00, F42B 15/00, 2004р.). Відомий АРК забезпечує транспортування ракети у точку старту, її підготовку і скидання (десантування). Недоліком відомого АРК є його невисокі експлуатаційні якості, тому що під час відділення ракети від літака на її конструкцію діють значні збуджуючи прискорення, які призводять до порушення гідродинамічної стабільності об'єму рідини у паливних баках. В той же час під час виведення ракети на висоту старту у баку рідкого кисню, внаслідок теплоприпливу до нього, утворюється значний об'єм парової фази, і під час відділення ракети дія цих збуджуючих прискорень, у відсутності тяги першого ступеня, викличе перемішування рідинної і газової фаз у баку кисню, що призведе до попадання значних парогазових включень у магістраль подавання кисню до РРРУ першого ступеня. Ці включення можуть викликати зрив подавання рідкого кисню до РРРУ першого ступеня, не запускання РРРУ або її аварію, і, відповідно, руйнування ракети. В основу корисної моделі поставлена задача створення удосконаленої конструкції авіаційного ракетного комплексу, яка б дозволила забезпечити підвищення його експлуатаційних якостей шляхом уведення в неї нових елементів і технічних рішень, таких як: - у вантажному відсіку літака встановлюється кріогенна ємність з рідким киснем, нижня частина якої через трубопровід з насосом рідкого кисню з'єднується з нижньою частиною газорідинного об'єму бака, а її верхня частина через трубопровід з запірними клапанами з'єднується з верхніми частинами газорідинного об'єму і рідинного об'єму бака рідкого кисню, а також сполучається з атмосферою, що дозволяє забезпечити можливість підготовки ракети до повітряного старту десантуванням, під час її транспортування літаком, за рахунок відведення з баку пари кисню, що утворюється від зовнішнього теплоприпливу, і одночасного живлення баку переохолодженим киснем, а також за рахунок можливості повного, без газових включень, заповнення основного об'єму цього баку рідким киснем; - у баку рідкого кисню ракети виконується поперечна перегородка, що обмежує замкнений газорідинний об'єм у передній частині баку, нижня 51791 4 частина якого через виконане у перегородці отвір сполучається з основним об'ємом цього баку, що дозволяє забезпечити можливість створення у передній частині баку локалізованого газового об'єму, який знаходиться у динамічному контакті з рідким киснем, що заповнює бак, і забезпечує можливість безперервного надходження рідкого, без газових включень, кисню до РРРУ першого ступеня під час її запуску. Розміщення локалізованого газу у передній частині баку, тобто на максимальній відстані від забірного пристрою бака, запобігає потраплянню газу у цей пристрій; - система контролю рівня розташовується у газорідинному об'ємі бака рідкого кисню і орієнтується перпендикулярно поздовжній осі ракети, що дозволяє створити заданий об'єм газу, необхідний для нормального функціонування бака окислювача як під час транспортування ракети, так і під час її пуску; - поздовжня вісь ракети розташовується під кутом =1-3° до підлоги вантажного відсіку літака з нахилом у бік задньої частини ракети, що дозволяє поліпшити відведення пари кисню з основного об'єму бака, тому що ця пара буде накопичуватися біля поперечної перегородки. Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованому авіаційному ракетному комплексі, який містить літак, котрий включає вантажний відсік з підлогою, ракету, котра включає бак рідкого кисню з системою контролю рівня, та вузли кріплення ракети у вантажному відсіку, в ньому у вантажному відсіку літака встановлена кріогенна ємність з рідким киснем, при цьому у баку рідкого кисню ракети виконана поперечна перегородка, яка обмежує замкнений газорідинний об'єм у передній частині бака, нижня частина котрого через виконаний у поперечній перегородці отвір сполучена з основним об'ємом цього бака і через трубопровід з насосом рідкого кисню з'єднана з нижньою частиною кріогенної ємності, верхня частина якої через трубопровід з запірним клапаном з'єднана з верхніми частинами газорідинного об'єму і основного об'єму бака рідкого кисню, а також сполучена з атмосферою. Система контролю рівня розташована у газорідинному об'ємі бака рідкого кисню і орієнтована перпендикулярно поздовжній осі ракети. Поздовжня вісь ракети розташована під кутом 1-3° до підлоги вантажного відсіку літака з нахилом у бік задньої частини ракети. Для пояснення конструкції АРК і його роботи додаються креслення і його детальний опис. На кресленнях зображено: - на фіг. 1 - загальний вигляд АРК; - на фіг.2 - взаємний зв'язок бака рідкого кисню ракети і кріогенної ємності з рідким киснем на літаку; - на фіг.3 - розріз А-А фіг.2 (закріплення ракети у вантажному відсіку літака); - на фіг.4 - виносний елемент Б фіг.3 (виконання роликів опор на полозках). Запропонований АРК складається з літака 1 і розташованої всередині нього багатоступінчастої ракети 2, яка розміщена у вантажному відсіку З фюзеляжу літака (фіг.1). Ракета 2 розташована у фюзеляжі літака 1 на опорних полозках 4, викона 5 них у вигляді фермової конструкції з роликами кочення, що забезпечують можливість руху по них ракети у бік хвостової частини літака, який має люк десантування (не зображений), при цьому у своєму вихідному положенні ракета 2 строго орієнтована і жорстко закріплена у вантажному відсіку 3 за допомогою упорів 5, споряджених пневмозамками (не зображені), що забезпечують при їх спрацюванні розривання силових зв'язків упорів 5 і ракети 2. Ракета 2 складається з головного блоку 6 з корисним навантаженням і ракетних блоків у вигляді першого 7 і другого 8 ступенів з РРРУ. Перший ступінь 7 містить паливний бак 9 вуглеводневого пального (гасу), паливний бак 10 окислювача (рідкого кисню) і РРРУ 11. Всередині літака 1 розміщена також теплоізольована вертикальна кріогенна ємність 12 з рідким киснем, порожнина якої трубопроводом 13 з запірним клапаном сполучена з атмосферою. Паливний бак 10 рідкого кисню має заправний трубопровід 14 і підключений до РРРУ 11 за допомогою витратної магістралі 15 (фіг.2). У передній, найбільше віддаленій від витратної магістралі 15, частині паливного бака 10 встановлена поперечна вертикальна розділювальна перегородка 16, яка обмежує замкнений газорідинний об'єм 17, нижня (рідинна) частина котрого сполучена з основним об'ємом 18 цього бака через отвір з патрубком 19, встановленим у поперечній перегородці 16. Верхні частини об'ємів 17 і 18 паливного бака 10 через дренажні клапани відповідно 20 і 21 і теплоізольовану дренажну магістраль 22 з'єднані з внутрішньою порожниною кріогенної ємності 12 з рідким киснем, верхня частина якої за допомогою трубопроводу 13 сполучена з атмосферою. Нижня частина кріогенної ємності 12 теплоізольованою магістраллю 23, що містить насос 24 рідкого кисню і клапан 25, з'єднана з нижньою (рідинною) частиною газорідинного об'єму 17 бака 10 рідкого кисню через вузол автоматичного розстикування з відсічним клапаном 26, що забезпечує розстикування даного з'єднання перед проведенням десантування ракети 2 з літака 1. Дренажна магістраль 22 пари кисню з'єднана з об'ємами 17 і 18 бака 10 рідкого кисню також через аналогічні вузли автоматичного розстикування з відсічними клапанами 26, що встановлені у верхніх частинах цих об'ємів і забезпечують розстикування цих з'єднань перед десантуванням ракети 2. До об'єму 17 бака 10 підключений також трубопровід 27 системи наддування. Кріогенна ємність 12 має трубопровід 28 зливання рідкого кисню. Опорні полозки 4 (фіг.3, 4), на яких розташована ракета 2 всередині літака 1, містить по усій довжині декілька рядів опорних роликів 29, що встановлені на осях обертання 30 і забезпечують можливість поздовжнього переміщення по них ракети 2 під час проведення її десантування. У баку 10 встановлена СКР 31, а ракета 2 кріпиться на підлозі 32 вантажного відсіку 3 за допомогою опорних полозків 4 і упорів 5. Робота запропонованого АРК здійснюється наступним чином. На аеродромі ракету 2 встановлюють горизонтально або під кутом = 1-3° всередині літака 2 на опорних полозках 4 (фіг. 1) і жорстко закріплюють 51791 6 у вантажному відсіку 3 за допомогою пневмозамків на упорах 5 (фіг.3). Потім виконують заправлення літака 1 паливом і заправлення паливних баків першого 7 і другого 8 ступенів ракети 2 компонентами ракетного палива, а також заправлення кріогенної ємності 12 рідким киснем. Заправлення паливного бака 10 першого ступеня 7 ракети 2 виконують рідким киплячим киснем з температурою 90-93 К через заправний трубопровід 14, при цьому пару кисню, що утворилась в об'ємах 17 і 18 бака 10, відводять через відкриті клапани 20 і 21 по дренажній магістралі 22 у кріогенну ємність 12, звідкіля через дренажний трубопровід 13 скидають у атмосферу. Після досягнення заданої висоти стовпу рідини в об'ємі 17 бака 10 за сигналом СКР 31 (фіг.2) закривають дренажний клапан 20 і через трубопровід 27 вдувають газоподібний гелій для забезпечення необхідного рівня заправки цього бака і локалізації в ньому заданого об'єму газу. Заправлення бака 10 ведуть до повного заповнення його основного об'єму 18 рідким киснем, при цьому газорідинний об'єм 17 своєю рідинною частиною через патрубок 19 сполучається з основним об'ємом 18, заповненим рідким киснем. Далі виконують заправлення рідким киснем кріогенної ємності 12. При цьому рідкий кисень, що подають по магістралі 14 у бак 10, потрапляє у кріогенну ємність 12 по дренажній магістралі 22 через відкритий клапан 21 основного об'єму 18 бака 10. Маса кисню, що заправляють у кріогенну ємність 12, забезпечує компенсацію втрат кисню від випаровування у баку 10 окислювача першого ступеня 7 і у самій кріогенній ємності 12 з моменту закінчення неземного заправлення до моменту закінчення дозаправлення у польоті. Під час знаходження заправленої ракети 2 на борту літака 1 пара кисню, що утворюється під час випаровування рідкого кисню у основному об'ємі 18 бака 10, з можливими включеннями рідини відводиться по дренажній магістралі 22 у кріогенну ємність 12, де відбувається сепарація рідини і скидання пари через трубопровід 13 за борт літака 1. У процесі підйому АРК тиск за бортом літака 1 знижується і, відповідно, знижується температура рідкого кисню у кріогенній ємності 12, яка сполучена з атмосферою через трубопровід 13. Цей кисень періодично порціями насосом 24 подають по трубопроводу 23 у бак 10 окислювача першого ступеня 7 для компенсації втрат рідкого кисню, що випаровує в ньому, причому кисень уводиться у нижню частину об'єму 17 і звідти через патрубок 19 поступає в основний об'єм 18 бака 10. Періодична подача переохолодженого кисню у бак 10 через об'єм 17 дозволяє термостатувати кисень, що знаходиться в ньому, і забезпечує необхідну величину газової частини в об'ємі 17. Під час польоту АРК на висоті десантування (приблизно 10 км) температура рідкого кисню у кріогенній ємності 12, за рахунок його розкип'ячування при пониженому тиску, знижується до 81-83 К. Подача цього кисню у бак 10 окислювача першого ступеня 7 дозволяє отримати до моменту закінчення дозаправленя бака 10 перед десантуванням ракети 2 середньомасову температуру рідкого кисню 89,5-91,5 К, здійснюючи регулювання тиску у баку 10 клапаном 7 21. Перед десантуванням ракети 2 виконують заповнення її бака 10 рідким киснем з кріогенної ємності 12 до повного видалення парової фази з основного об'єму 18 бака 10, закриття клапанів 25 і 21 та передстартове наддування бака 10 через трубопровід 27 за патентом України №63553А, МПК B64D 37/24, F42B 15/00, 2003р. Виконують також захолоджування витратного тракту РРРУ 11 ракети 2. Десантування ракети 2 здійснюють за допомогою витяжного парашуту (не зображений) під час маневру літака 2 з набором їм висоти. Під час проведення десантування спрацьовують пневмозамки на упорах 5 (фіг.3) і ракета 2 по роликах 29 (фіг.4), встановлених на полозках 4, переміщується у напрямку люку десантування, при цьому відбувається розстикування вузлів 26 (фіг.2), що з'єднують магістралі 22 і 23 кріогенної ємності 12 з баком 10 ракети 2. Після десантування ракети 2 виконують запуск її РРРУ 11, при цьому, оскільки видача рідкого кисню у витратну магістраль 15 здійснюється з основного об'єму 18 бака 10, який не містить у даний момент парогазових включень, 51791 8 забезпечується надійний запуск РРРУ 11 і наступний старт ракети 2 у повітрі. У процесі заправлення бака 10 контроль рівня рідкого кисню здійснюють за допомогою СКР (яка наведена у книзі "Космодром" под ред. А. П. Вольского, М., "Машиностроение", 1977, с.249), котра містить датчик рівня за патентом України №16851u, МПК G01F 23/00, B64G 1/00, 2006р. Замість опорних полозків 4 для кріплення ракети 2 можуть використовуватися поздовжні напрямні, які закріплені на підлозі 32 вантажного відсіку 3 і взаємодіють з бугелями ракети 2 (див. патент України №56675А, МПК B64D 5/00, 2002р.). Таким чином, запропонований АРК, який має просту і надійну конструкцію, дозволяє знизити витрати на його виготовлення і збільшити масу корисного навантаження, що виводять на орбіту, тому що дозволяє використовувати відпрацьовану при наземних запусках конструкцію (схему) ракети, тоді як відомі АРК передбачають значні конструктивні зміни ракети. 9 Комп’ютерна верстка І.Скворцова 51791 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601