Ступінь ракети на твердому паливі

1. Ступінь ракети на твердому паливі, що містить рушійну установку з поворотним соплом та внутрішнім і зверхнім стикувальними шпангоутами, котрі концентрично охоплюють поворотне сопло, хвостовий відсік у вигляді внутрішньої і зовнішньої оболонок з переднім і заднім торцевими шпангоутами, двигуни відділення з горловинами, соплами і вузлами кріплення, керуючі рушійні установки, з'єднуючий відсік з торцевим шпангоутом, розташований у поперечній площині привод керування поворотним соплом у вигляді рульових машинок з шарнірними тягами і вузлами кріплення, при цьому внутрішня і зовнішня оболонки хвостового відсіку скріплені своїми передніми торцевими шпангоутами відповідно з внутрішнім і зверхнім стикувальними шпангоутами рушійної установки, а у зовнішній оболонці хвостового відсіку виконані наскрізні прорізи, закриті обтічниками, що скидають, який відрізняється тим, що він споряджений перехідником у вигляді силової оболонки з торцевими шпангоутами, на внутрішній оболонці хвостового відсіку змонтований проміжний шпангоут, котрий розташований між його переднім і заднім торцевими шпангоутами і на котрому жорстко змонтова U 2 (19) 1 3 двигуни відділення з горловинами, соплами і вузлами кріплення, керуючі рушійні установки, привод керування поворотним соплом у вигляді рульових машинок з шарнірними тягами і вузлами кріплення, при цьому у зовнішній оболонці хвостового відсіку виконані наскрізні прорізи, закриті обтічниками (заглушками), що скидають (див. книгу "Конструкция управляемых баллистических ракет" под ред А.М.Синюкова и Н.И.Морозова, ML, "Воениздат", 1969, c.48, 329, 345). Рульові машинки виконані у вигляді гідроциліндрів, а саме: - розташованих вздовж у поздовжній площині або у площині хитання поворотного сопла і закріплених на нижньому днищі паливного бака; - розташованих у поперечній площині і закріплених на зовнішній оболонці хвостового відсіку (ХВ), при цьому гідроциліндри розміщуються паралельно площинам хитання поворотного сопла. Рульові машинки можуть розташовуватися радіально у поздовжній площині і закріплюватися на зовнішній оболонці ХВ (див. патент США №5.675.966, клас 60/204, 1997р.). Двигуни відділення (порохові ракетні двигуни) кріпляться на зовнішній поверхні ХВ. Наскрізні прорізи у зовнішній оболонці ХВ призначені для скидання тиску з паливного бака ступеня на рідкому паливі. Недоліком відомого ступеня є його низькі експлуатаційні якості, такі як: - відсутність вузлів для кріплення додаткових рушійних установок ступенів між собою; - великі габарити ХВ для розміщення гідроциліндрів, розташованих у поперечній площині, що погіршує щільність компоновки ХВ; - великі локальні навантаження у місцях кріплення гідроциліндрів на днищі і зовнішній оболонці, що потребує додаткового зміцнення конструкції. Найближчим до запропонованого по технічному рішенню є вибраний як прототип ступінь ракети на твердому паливі, який описаний у книзі (И.Н.Пенцак "Теория полета и конструкция баллистических ракет", М., "Машиностроение", 1974, с.256, 283, рис. 15.6, 15.7). Вказаний ступінь містить рушійну установку з поворотним соплом та внутрішнім і зверхнім стикувальними шпангоутами, котрі концентрично охоплюють поворотне сопло, хвостовий відсік у вигляді внутрішньої і зовнішньої оболонок з переднім і заднім торцевими шпангоутами, двигуни відділення з горловинами, соплами і вузлами кріплення, керуючі рушійні установки, з'єднуючий відсік з торцевим шпангоутом, привод керування поворотним соплом у вигляді рульових машинок з шарнірними тягами і вузлами кріплення, при цьому внутрішня і зовнішня оболонки хвостового відсіку скріплені своїми передніми торцевими шпангоутами відповідно з внутрішнім і зверхнім стикувальними шпангоутами рушійної установки, а у зовнішній оболонці хвостового відсіку виконані наскрізні прорізи, закриті обтічниками, що скидають. Недоліком відомого ступеня є його невисокі експлуатаційні якості, такі як: - недостатня жорсткість автономних внутрішньої і зовнішньої оболонок ХВ; 60304 4 - розміщення двигунів відділення на зовнішній поверхні ХВ погіршує аеродинамічні характеристики ступеня і утруднює встановлення ступеня у складі ракети у транспортно-пусковий контейнер. В основу корисної моделі поставлена задача створення удосконаленої конструкції ступеня ракети на твердому паливі, яка б дозволила забезпечити підвищення його експлуатаційних якостей шляхом уведення в нього нових елементів і технічних рішень, таких як: - наявність перехідника у вигляді силової оболонки з торцевими шпангоутами, що дозволяє створити замкнену просторову силову конструкцію, котра складається з внутрішньої і зовнішньої оболонок ХО, перехідника, внутрішнього і зверхнього стикувальних шпангоутів РУ й котра забезпечує сприйняття згинальних і крутних навантажень, які діють від рульових машинок і керуючих рушійних установок (РУ); - на внутрішній оболонці ХВ монтується проміжний шпангоут, який розташовується між її переднім і заднім торцевими шпангоутами і на якому жорстко закріплюються рульові машинки привода керування поворотним соплом, а керуючі РУ закріплюються на проміжному шпангоуті внутрішньої оболонки ХО у перерізах між вузлами кріплення рульових машинок і вузлами кріплення двигунів відділення, що дозволяє оптимально розподілити навантаження від рульових машинок і керуючих РУ на внутрішню оболонку ХВ; - у проміжному шпангоуті і у внутрішній оболонці ХВ виконуються радіальні канали для шарнірних тяг, що дозволяє застосовувати прості конструктивні елементи, виконані у вигляді шарнірних тяг, для забезпечення хитання поворотного сопла; - задній шпангоут внутрішньої оболонки з'єднується з переднім шпангоутом перехідника через вузол ущільнення, задній шпангоут перехідника розміщується між заднім шпангоутом зовнішньої оболонки ХВ і торцевим шпангоутом з'єднувального відсіку, котрі жорстко з'єднуються між собою, що дозволяє створити високу поперечну жорсткість ХВ простими технологічними засобами; - двигуни відділення розташовуються між внутрішньою і зовнішньою оболонками, а їх сопла орієнтуються у наскрізні прорізи, при цьому вузли кріплення кожного двигуна відділення виконуються у вигляді п'яти шарнірних стрижнів, чотири з яких одними кінцями закріплюються на горловині двигуна відділення і розташовуються попарно паралельно один одному і під кутом між цими парами стрижнів, другими кінцями кожної пари з'єднуються відповідно з передніми шпангоутами внутрішньої і зовнішньої оболонок ХВ, а п'ятий стрижень по кінцях з'єднується відповідно з торцем двигуна відділення і з проміжним шпангоутом внутрішньої оболонки у перерізах між вузлами кріплення рульових машинок, що дозволяє зручно розмістити двигуни відділення між внутрішньою і зовнішньою оболонками ХВ, а не на зовнішній його поверхні; - привод керування поворотним соплом споряджається двоплечим важелем, змонтованим на проміжному шпангоуті з можливістю повороту у поперечній площині, при цьому одне плече двоплечого важеля з'єднується з рульовою машинкою, 5 а друге плече - з шарнірною тягою, що дозволяє орієнтувати рульову машинку під гострим кутом до площини хитання поворотного сопла (або тангенціально) і зручно розташувати її між внутрішньою і зовнішньою оболонками ХВ. Поставлена задача вирішується таким чином, що запропонований ступінь ракети на твердому паливі, який містить рушійну установку з поворотним соплом ті внутрішнім і зверхнім стикувальними шпангоутами, котрі концентрично охоплюють поворотне сопло, хвостовий відсік у вигляді внутрішньої і зовнішньої оболонок з переднім і заднім торцевими шпангоутами, двигуни відділення з горловинами, соплами і вузлами кріплення, керуючі рушійні установки, з'єднуючий відсік з торцевим шпангоутом, розташований у поперечній площині привод керування поворотним соплом у вигляді рульових машинок з шарнірними тягами і вузлами кріплення, при цьому внутрішні і зовнішня оболонки хвостового відсіку скріплені своїми передніми шпангоутами відповідно з внутрішнім і зверхнім стикувальними шпангоутами рушійної установки, а у зовнішній оболонці хвостового відсіку виконані наскрізні прорізи, закриті обтічниками, що скидають, він споряджений перехідником у вигляді силової оболонки з торцевими шпангоутами, на внутрішній оболонці хвостового відсіку змонтований проміжний шпангоут, котрий розташований між його переднім і заднім торцевими шпангоутами і на котрому жорстко змонтовані рульові машинки привода керування поворотним соплом, у проміжному шпангоуті і у внутрішній оболонці хвостового відсіку виконані радіальні канали для шарнірних тяг, задній шпангоут внутрішньої оболонки з'єднаний з переднім шпангоутом перехідника через вузол ущільнення, задній шпангоут перехідника розташований між заднім шпангоутом зовнішньої оболонки хвостового відсіку і торцевим шпангоутом з'єднуючого відсіку, котрі жорстко з'єднані між собою, а керуючі рушійні установки закріплені на проміжному шпангоуті внутрішньої оболонки у перерізах між вузлами кріплення рульових машинок і вузлами кріплення двигунів відділення. Двигуни відділення розташовані між внутрішньою і зовнішньою оболонками, а їх сопла орієнтовані у наскрізні прорізи, при цьому вузли кріплення кожного двигуна відділення виконані у вигляді п'яти шарнірних стрижнів, чотири з яких одними кінцями скріплені з горловиною двигуна відділення і розташовані попарно паралельно один одному і під кутом між цими парами стрижнів, а другими кінцями кожної пари з'єднані з відповідно з передніми шпангоутами внутрішньої і зовнішньої оболонок хвостового відсіку, а п'ятий стрижень по кінцях з'єднаний відповідно з торцем двигуна відділення і з проміжним шпангоутом внутрішньої оболонки у перерізах між вузлами кріплення рульових машинок. Привод керування поворотним соплом споряджений двоплечим важелем, змонтованим на проміжному шпангоуті з можливістю повороту у поперечній площині, при цьому одно плече двоплечого важеля з'єднано з рульовою машинкою, а друге плече з шарнірною тягою. 60304 6 Для пояснення конструкції ступеня і його роботи додаються креслення та його детальний опис. На кресленнях зображено: - на фіг.1 - загальний вигляд ступеня; - на фіг.2 - розріз А-А фіг.1 (поперечний розріз РУ); - на фіг.3 - виносний елемент Б фіг.1 (розміщення двигуна відділення); - на фіг.4 - вигляд В фіг.3 (кріплення двигуна відділення на зовнішній оболонці ХВ); - на фіг.5 - вигляд Г фіг.3 (кріплення двигуна відділення на внутрішній оболонці ХВ). Запропонований ступінь складається з рушійної установки (РУ) 1 з поворотним соплом 2, зверхнього 3 і внутрішнього 4 стикувальних шпангоутів, які концентрично охоплюють поворотне сопло 2, хвостового відсіку, що складається з внутрішньої 5 і зовнішньої 6 оболонок, та привода керування поворотним соплом 2 (фіг.1). Внутрішня оболонка 5 має передній 7 і задній 8 торцеві шпангоути, а зовнішня оболонка 6 має передній 9 і задній 10 торцеві шпангоути. Ступінь має двигуни 11 відділення (тобто гальмуючі двигуни) і керуючі РУ 12, з'єднувальний відсік 13 з торцевим шпангоутом 14. Привод керування поворотним соплом 2 складається з рульових машинок 15 і шарнірних тяг 16, при цьому зовнішня оболонка 6 ХВ переднім торцевим шпангоутом 9 з'єднана зі зверхнім стикувальним шпангоутом 3 РУ 1, а внутрішня оболонка 5 ХВ переднім торцевим шпангоутом 5 з'єднана з внутрішнім стикувальним шпангоутом 4 РУ 1 через фланець поворотного сопла 2. Ступінь має перехідник, виконаний у вигляді силової оболонки 17 з переднім 18 і заднім 19 торцевими шпангоутами. Зовнішня оболонка 6 ХВ має наскрізні прорізи 20, закриті обтічниками 21, що скидають. Внутрішня оболонка 5 ХВ має проміжний шпангоут 22, розташований між її переднім 7 і заднім 8 торцевими шпангоутами, при цьому у проміжному шпангоуті 22 і у внутрішній оболонці 5 ХВ виконані радіальні канали 23. Рульові машинки 15 жорстко закріплені на проміжному шпангоуті 22, а шарнірні тяги 16 розташовані у радіальних каналах 23 і з'єднані з поворотним соплом 2. Кожний двигун 11 відділення закріплений на внутрішній 5 і зовнішній 6 оболонках за допомогою вузлів у вигляді п'яти стрижнів 24, 25, 26, чотири з котрих одними кінцями шарнірно закріплені на горловині двигуна 11 відділення і розташовані попарно паралельно один одному і під кутом між цими парами стрижнів. А саме пара паралельних стрижнів 24 розташована під тупим кутом до пари паралельних стрижнів 25, при цьому другими кінцями пара паралельних стрижнів 24 через кронштейни 27 з'єднана з переднім торцевим шпангоутом 9 зовнішньої оболонки 6 ХВ, пара паралельних стрижнів 25 другими кінцями з'єднана з переднім торцевим шпангоутом 7 внутрішньої оболонки 5 ХВ. Пара стрижнів 24 шарнірно з'єднана з кронштейном 27, який встановлений у зазор між переднім торцевим шпангоутом 9 зовнішньої оболонки 6 ХВ і зверхнім стикувальним шпангоутом 3 РУ 1 та з'єднаний з ними різьбовими елементами. Друга пара стрижнів 25 шарнірно з'єднана з крон 7 штейнами 28, які змонтовані на передньому торцевому шпангоуті 7 внутрішньої оболонки 5 ХВ. П'ятий стрижень 26 шарнірно по кінцях з'єднаний відповідно з торцем двигуна 11 відділення і з проміжним шпангоутом 22 внутрішньої оболонки 5 ХВ у перерізах між вузлами кріплення рульових машинок 15, при цьому сопла двигунів 11 відділення розміщені у наскрізних прорізах 20 зовнішньої оболонка 6 ХВ із зазором щодо периметру прорізу 20 і обтічнику 21, що скидають. Задній торцевий шпангоут 8 внутрішньої оболонки 5 ХВ з'єднаний з переднім шпангоутом 18 перехідника через вузол ущільнення 29, а задній шпангоут 19 перехідника розміщений між заднім торцевим шпангоутом 10 зовнішньої оболонки 6 ХВ і торцевим шпангоутом 14 з'єднувального відсіку 13, які закріплені між собою за допомогою шпильок (на кресленнях не зображені). Керуючі РУ 12, призначені для керування по крену, закріплені на проміжному шпангоуті 22 внутрішньої оболонки 5 у перерізах між вузлами кріплення рульових машинок 15 і стрижнями 26 кріплення двигунів 11 відділення. Рульові машинки 15 з'єднані з шарнірними тягами 16 за допомогою двоплечих важелів 30, шарнірно закріплених на проміжному шпангоуті 22 за допомогою поздовжніх осей 31 з можливістю повороту у поперечній площині. Зверхній стикувальний шпангоут 3 з'єднується з кронштейнами 27 і переднім торцевим шпангоутом 9 зовнішньої оболонки 6 ХВ за допомогою різьбових елементів у вигляді шпильок 32. Рульові машинки 15 кріплять 60304 8 ся на проміжному шпангоуті 22 за допомогою вузлів 33. Робота запропонованого ступеня здійснюється наступним чином. У процесі польоту ракети, перед відділенням попереднього ступеня ракети, вмикають РУ 12, які керують по крену, і рульові машинки 15, які керують поворотним соплом 2, потім запускають основну РУ 1 і здійснюють розділення ступенів за допомогою вузлів, встановлених на з'єднувальному відсіку 13 (на кресленнях не зображені). Подальший політ відбувається по заданій програмі. При цьому керуючі РУ 12 за допомогою тангенціально розташованих сопел корегують політ по крену, а рульові машинки 15 через шарнірні тяги 16 керують польотом по курсу і тангажу. По закінченню роботи ступеня відбувається розрив його механічних зв'язків з наступним ступенем, після чого вмикають двигуни 11 відділення. При їх спрацюванні скидаються обтічники 21 і за рахунок спрямованої проти напрямку польоту тяги відбувається відхід ступеня, який відпрацював. Неметалева зовнішня оболонка 6 кріпиться до інших елементів ХВ за допомогою вузлів за патентом України №3405u, МПК F16B 21/00, B64G 5/00, 2004р. Запропонований ступінь у складі ракети може встановлюватися у транспортно-пусковий контейнер за патентом України №25665u, МПК F41F 3/00, F02K 9/00, 2007р. Таким чином, запропонований ступінь, який має просту і надійну конструкцію, дозволяє забезпечити раціональну компоновку ступеня з мінімальними габаритами. 9 60304 10 11 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 60304 Підписне 12 Тираж 24 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