Розгінний блок ракети-носія

Реферат: Розгінний блок ракети-носія містить кільцеподібний блок баків, котрий складається з розташованих діаметрально протилежно по відношенню до поздовжньої осі блока баків двох баків окислювача, виконаних у вигляді сферичних оболонок, двох баків пального, двох відсіків приладів з апаратурою і кришками, рідинний ракетний двигун, встановлений у внутрішньому прорізі блока баків, та вузли кріплення блока баків до суміжного ступеня ракети-носія і корисного навантаження. Оболонки баків пального і відсіків приладів виконані у вигляді сферичних оболонок, діаметри котрих дорівнюють діаметрам сферичних оболонок баків окислювача. Їх центри, а також центри сферичних оболонок баків окислювача розміщені у вершинах правильного шестикутника, площина якого перпендикулярна поздовжній осі блока баків, а центр суміщений з його поздовжньою віссю. UA 68143 U (12) UA 68143 U UA 68143 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до ракетно-космічної галузі, а саме - до розгінних блоків ракетносіїв і може використовуватися для підвищення їх енергетичної ефективності. Відомим є розгінний блок ракети-носія (РБ РН), що містить циліндричний корпус, в якому послідовно закріплені рушійна установка, баки окислювача і пального [див. патент США № 6.158.693, клас 244-158R, 2000 р., а також патент РФ № 2.247.063С2, МПК B64G1/00, 1/16, 1/40, 2003 р.]. На верхньому і нижньому торцях циліндричного корпусу виконані вузли для кріплення РБ з РН і корисним навантаженням (КН). Апаратура у вигляді окремих приладів монтується на корпусі. Таке компонування РБ раціональне для крупних РБ з запасом палива 1215 т і більше. Недоліком відомого РБ є його низькі експлуатаційні якості, такі як: - великі габарити РБ по довжині для невеликих і середніх РБ з запасом палива до 10 т через послідовне розміщення основних елементів РБ; - значна маса РБ через великі його габарити: - нераціональне використання зони КН обтічника, тому що діаметр КН значно менше діаметра РБ і обтічника (3,5-4,5 м). Найближчим до запропонованого по технічному рішенню є вибраний як прототип розгінний блок ракети-носія [див. книгу "Передвижная лаборатория на Луне. Луноход-1", М.: "Наука", 1971, С. 7-9]. Цей РБ містить кільцеподібний блок баків, котрий складається з розташованих діаметрально протилежно по відношенню до поздовжньої осі блока баків двох баків окислювача, виконаних у вигляді сферичних оболонок, два баки пального, два відсіки приладів з апаратурою і кришками, рідинний ракетний двигун, встановлений у внутрішньому прорізу блока баків, та вузли кріплення блока баків до суміжного ступеня ракети-носія і корисного навантаження. Кришки відсіків приладів розташовані у їх нижній зоні, а апаратура кріпиться на оболонці відсіків. Вузли кріплення виконані у вигляді кронштейнів, змонтованих на зовнішній поверхні баків [див. книгу И.Т. Беляев, И.А. Зернов и др. Технология сборки и испытаний космических аппаратов. - М.: "Машиностроение", 1990. - C. 65, рис.33]. Кільцеподібний блок баків ефективно використовує корисний об'єм обтічника. Недоліком відомого РБ є його невисокі експлуатаційні якості, такі як: - значна маса РБ, тому що паливні баки і відсіки приладів розташовані окремо і не утворюють єдиної силової конструкції; - неефективне використання об'ємів паливних баків, тому що при різних об'ємах запасів пального і окислювача об'єми баків однакові, при цьому у баку пального об'єм газової подушки значно більше ніж потрібно; - розташування кришок відсіків приладів не дозволяє обслуговувати апаратуру РБ після стикування його з РН у монтажно-випробувальному корпусі (МВК). В основу корисної моделі поставлена задача створення удосконаленої конструкції розгінного блока ракети-носія, яка б дозволила забезпечити підвищення його експлуатаційних якостей шляхом уведення в нього нових елементів і технічних рішень, таких як: - оболонки баків пального і відсіків приладів виконуються у вигляді сферичних оболонок, діаметри котрих дорівнюють діаметрам сферичних оболонок баків окислювача, їх центри, а також центри сферичних оболонок баків окислювача розміщуються у вершинах правильного шестикутника, площина якого перпендикулярна поздовжній осі блока баків, а центр суміщається з його поздовжньою віссю, причому сферичні оболонки баків пального усікається однією, а сферичні оболонки відсіків приладів двома площинами, розташованими на однаковій відстані від центрів сферичних оболонок, сферичні оболонки баків і відсіків приладів з'єднуються по контурам усічення в послідовності перший бак окислювача - перший бак пального - перший відсік приладів - другий бак окислювача - другий бак пального - другий відсік приладів - перший бак окислювача, при цьому вузли кріплення блока баків виконуються на кінцях похилих стрижнів, що проходять крізь баки і відсіки приладів і з'єднуються з їх сферичними оболонками, що дозволяє виконати блок баків у вигляді замкненої силової конструкції з оптимальним розподілом його маси; - похилі стрижні встановлюються по ребрах правильної восьмикутної зрізаної піраміди, розвернутої відносно блока баків таким чином, що її вісь суміщається з поздовжньою віссю блока баків, а крізь відсіки приладів проходить по два похилих стрижня, які з'єднуються зі сферичними оболонками відсіків приладів у місцях, що прилягають до стиків відсіків приладів зі сферичними оболонками баків, що дозволяє рівномірно розподілити навантаження від КН і розмістити у паливних баках мінімальну кількість похилих стрижнів; - апаратура кожного відсіку приладів встановлюється на внутрішній поверхні кришки, стик котрої перпендикулярний площині, що проходить через центр сферичної оболонки відсіку 1 UA 68143 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 приладів і поздовжню вісь блока баків, що дозволяє забезпечити зручний доступ до апаратури після стикування РБ до РН; - кожний похилий стрижень виконується з двох труб, встановлених одна в одну і зварених між собою, причому у верхній і нижній частинах похилих стрижнів виконуються радіальні отвори для з'єднання внутрішніх порожнин труб і відповідного бака, що дозволяє збільшити кількість компонентів палива у баках за рахунок використання внутрішніх порожнин похилих стрижнів; - співвідношення діаметра кола, на котрому розміщуються центри сферичних оболонок, з зовнішнім діаметром сферичних оболонок складає 1,35-1,55, що дозволяє забезпечити оптимальне співвідношення об'ємів паливних баків. Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованому розгінному блоці ракети-носія, який містить кільцеподібний блок баків, котрий складається з розташованих діаметрально протилежно по відношенню до поздовжньої осі блока баків двох баків окислювача, виконаних у вигляді сферичних оболонок, два баки пального, два відсіки приладів з апаратурою і кришками, рідинний ракетний двигун, встановлений у внутрішньому прорізу блока баків, та вузли кріплення блока баків до суміжного ступеня ракети-носія і корисного навантаження, в ньому оболонки баків пального і відсіків приладів виконані у вигляді сферичних оболонок, діаметри котрих дорівнюють діаметрам сферичних оболонок баків окислювача, їх центри, а також центри сферичних оболонок баків окислювача розміщені у вершинах правильного шестикутника, площина якого перпендикулярна поздовжній осі блока баків, а центр суміщений з його поздовжньою віссю, причому сферичні оболонки баків пального зрізані однією, а сферичні оболонки відсіків приладів двома площинами, розташованими на однаковій відстані від центрів сферичних оболонок, сферичні оболонки баків і відсіків приладів з'єднані по контурам усічення в послідовності перший бак окислювача - перший бак пального - перший відсік приладів - другий бак окислювача - другий бак пального - другий відсік приладів - перший бак окислювача, при цьому вузли кріплення блока баків виконані на кінцях похилих стрижнів, що проходять крізь баки і відсіки приладів і з'єднані з їх сферичними оболонками. Похилі стрижні встановлені по ребрах правильної восьмикутної зрізаної піраміди, розвернутої відносно блока баків таким чином, що її вісь суміщена з поздовжньою віссю блока баків, а крізь відсіки приладів проходить по два похилих стрижня, які з'єднані зі сферичними оболонками відсіків приладів у місцях, що прилягають до стиків відсіків приладів зі сферичними оболонками баків. Апаратура кожного відсіку приладів встановлена на внутрішній поверхні кришки, стик котрої перпендикулярний площині, що проходить через центр сферичної оболонки відсіку приладів і поздовжню вісь блока баків. Кожний похилий стрижень виконаний з двох труб, встановлених одна в одну і зварених між собою, причому у верхній і нижній частинах похилих стрижнів виконані радіальні отвори для з'єднання внутрішніх порожнин труб і відповідного бака. Співвідношення діаметра кола, на котрому розміщені центри сферичних оболонок, з зовнішнім діаметром сферичних оболонок складає 1,35-1,55. Для пояснення конструкції РБ і його роботи додаються креслення та його детальний опис. На кресленнях зображено: - на фіг. 1 - загальний вигляд головного блока з РБ; - на фіг. 2 - загальний вигляд РБ; - на фіг.3 - вигляд А фіг. 2 (вигляд РБ зверху); - на фіг. 4 - розріз Б-Б фіг. 3 (поздовжній розріз відсіку приладів); - на фіг. 5 - розріз В-В фіг. 3 (поздовжній розріз бака пального); - на фіг. 6 - схема бака пального; - на фіг. 7 - схема відсіку приладів; - на фіг. 8 - схема блока баків; - на фіг. 9 - схема похилих стрижнів. Запропонований розгінний блок 1 за допомогою перехідного відсіку 2 і нижнього перехідника 3 встановлюється на РН 4, а на РБ 1 за допомогою верхнього перехідника 5 (адаптера) встановлюється корисне навантаження 6. КН 6 і РБ 1 розміщуються всередині обтічника 7 у зоні 8 корисного навантаження (на фіг. 1 зона 8 зображена пунктирною лінією). РБ 1 складається з кільцеподібного блока баків з поперечною площиною 9 симетрії, рідинного ракетного двигуна 10 (РРД), вузлів 11 кріплення до РН 4 і вузлів 12 кріплення до верхнього перехідника 5 (фіг. 2, 3). РРД 10 встановлюється вздовж поздовжньої осі 13 РБ 1 і закріплюється за допомогою кронштейнів 14. Блок баків складається з двох баків 15 окислювача, двох баків 16 пального, двох відсіків 17 приладів, розташованих діаметрально протилежно відносно поздовжньої осі 13. Баки 15, 16 і відсіки 17 приладів виконуються у вигляді сферичних оболонок з однаковим зовнішнім діаметром d, а центри сферичних оболонок розташовані на діаметрі D у вершинах правильного шестикутника 18 (фіг. 8), тобто D/d=1,35 2 UA 68143 U 5 10 15 20 25 30 35 40 1,55. Сферична оболонка бака 16 пального усічена однією площиною 19 (фіг. 6), а сферична оболонка відсіку 17 приладів - двома площинами 20, 21, розташованими під гострим кутом одна до одної (фіг. 7). Площини 19, 20, 21 віддалені від відповідних центрів сферичних оболонок бака 16 пального і відсіку 17 приладів на однакову відстань S. Баки 16 пального і відсіки 17 приладів з'єднані один з одним і з баками 15 окислювача по контурам 22 усічення через проміжні шпангоути 23. Вузли 11, 12 кріплення виконуються у вигляді фланців на відповідних фітингах 24 похилих стрижнів 25. Похилі стрижні 25 проходять крізь баки 15, 16 і відсіки 17 приладів, з'єднуються зі сферичними оболонками 26 за допомогою фітингів 24 і виконані у вигляді порожнистих труб, з'єднаних зварним швом 27 (фіг. 5). У баках 15, 16 у верхній і нижній частинах похилих стрижнів 25 виконані радіальні отвори 28. Апаратура 29 відсіків 17 приладів встановлена на внутрішніх поверхнях кришок 30. Стик 31 кришок 30 перпендикулярний площині, що проходить через центр сферичної оболонки відсіку 17 приладів і поздовжню вісь 13 РБ 1. На зовнішніх поверхнях блока баків встановлені балони 32 стисненого газу для керування РРД 10, баки 33 палива системи орієнтації і стабілізації РБ 1, виконавчі органи 34 орієнтації, антени 35 радіокомплекса. Робота запропонованого РБ здійснюється наступним чином. Після складання і заправлення компонентами палива, РБ 1 стикують у МВК з КН 6 і РН 4 за патентом України № 62193u, МПК B64G1/00, F42B15/00, 2011 р. Далі РН 4 з РБ 1 і КН 6 транспортують до пускової установки і здійснюють пуск. Під час роботи РРД 10 інерційна дія від КН 6 сприймається силовою конструкцією блока баків. За рахунок високої жорсткості блока баків у поздовжньому і поперечному напрямках, котра забезпечується сполученням кільцевої зв'язки сферичних оболонок 26 під надлишковим тиском і похилих стрижнів 25, з'єднаних з оболонками 26, забезпечуються високі динамічні характеристики РБ 1 (частота власних коливань 15 Гц і вище). Скидання обтічника 7 здійснюють за патентом України № 56287С2, МПК F42B15/00, 2000 р. Після закінчення роботи РРД РН 1 розгінний блок 1 разом з КН 6 відділяють від РН 4. Далі РБ 1 летить за допомогою РРД 10. Після закінчення виведення КН 6 на задану орбіту РБ 1 відділяють від КН 6. В якості корисного навантаження 6 використовується космічний апарат за патентом України № 58610, МПК B64G1/22, B64G1/00, 2011 р. Запропонований РБ може використовуватися: - для створення космічної системи на орбіті за патентом України № 89490 С2, МПК B64G1/14, B64G1/00, 2006 р.; - для віддалення радіоактивних відходів у космічний простір за патентом України № 47320А, МПК G21F9/24, F42B15/00, 2001 р. Таким чином, запропонований РБ, який має просту і надійну конструкцію, дозволяє підвищити його енергетичні можливості. Так, для виведення корисного навантаження масою 46 т потрібен запас компонентів палива 5000-5500 кг, при цьому маса РБ складає 6,0-6,5 т, включаючи масу апаратури у відсіках приладів 200-300 кг, що на 20 % менше аналогів. Габарити РБ: висота 1,5 м, максимальний діаметр 3,5 м. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 60 1. Розгінний блок ракети-носія, що містить кільцеподібний блок баків, котрий складається з розташованих діаметрально протилежно по відношенню до поздовжньої осі блока баків двох баків окислювача, виконаних у вигляді сферичних оболонок, двох баків пального, двох відсіків приладів з апаратурою і кришками, рідинний ракетний двигун, встановлений у внутрішньому прорізі блока баків, та вузли кріплення блока баків до суміжного ступеня ракети-носія і корисного навантаження, який відрізняється тим, що в ньому оболонки баків пального і відсіків приладів виконані у вигляді сферичних оболонок, діаметри котрих дорівнюють діаметрам сферичних оболонок баків окислювача, їх центри, а також центри сферичних оболонок баків окислювача розміщені у вершинах правильного шестикутника, площина якого перпендикулярна поздовжній осі блока баків, а центр суміщений з його поздовжньою віссю, причому сферичні оболонки баків пального зрізані однією, а сферичні оболонки відсіків приладів - двома площинами, розташованими на однаковій відстані від центрів сферичних оболонок, сферичні оболонки баків і відсіків приладів з'єднані по контурах зрізання в послідовності: перший бак окислювача - перший бак пального - перший відсік приладів - другий бак окислювача - другий бак пального - другий відсік приладів - перший бак окислювача, при цьому вузли кріплення блока баків виконані на кінцях похилих стрижнів, що проходять крізь баки і відсіки приладів і з'єднані з їх сферичними оболонками. 3 UA 68143 U 5 10 15 2. Розгінний блок ракети-носія за п. 1, який відрізняється тим, що похилі стрижні встановлені по ребрах правильної восьмикутної зрізаної піраміди, розвернутої відносно блока баків таким чином, що її вісь суміщена з поздовжньою віссю блока баків, а крізь відсіки приладів проходять по два похилих стрижні, які з'єднані зі сферичними оболонками відсіків приладів у місцях, що прилягають до стиків відсіків приладів зі сферичними оболонками баків. 3. Розгінний блок ракети-носія за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що апаратура кожного відсіку приладів встановлена на внутрішній поверхні кришки, стик котрої перпендикулярний площині, що проходить через центр сферичної оболонки відсіку приладів і поздовжню вісь блока баків. 4. Розгінний блок ракети-носія за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що кожний похилий стрижень виконаний з двох труб, встановлених одна в одну і зварених між собою, причому у верхній і нижній частинах похилих стрижнів виконані радіальні отвори для з'єднання внутрішніх порожнин труб і відповідного бака. 5. Розгінний блок ракети-носія за п. 1, який відрізняється тим, що співвідношення діаметра кола, на котрому розміщені центри сферичних оболонок, з зовнішнім діаметром сферичних оболонок складає 1,35-1,55. 4 UA 68143 U 5 UA 68143 U 6 UA 68143 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7