Лабораторная работа № 1 по РКТ (часть 1)

2.2.Конструкция корпуса ракетного летательного аппарата

Корпус является силовой основой ракеты и объединяет все агрега­ты, системы и устройства в единое целое.

Для обеспечения высокого конструктивного совершенства ракеты конструкция корпуса должна иметь минимальную массу, что обуславливает рабо­ту корпуса в области напряжений предельно допустимых для применяемых материалов с учетом аэродинамического нагрева, снижающего их механическую прочность.

В общем случае на корпус ракеты действуют статические, динамичес­кие, сосредоточенные и распределенные нагрузки, величины которых определяются конструктивно-силовой схемой корпуса, аэродинамической компо­новкой ракеты, свойствами самого корпуса, параметрами окружающей среды и т. д.

Корпус, объединяя все системы ракеты в единое целое, одновременно определяет и условия их работы, т. е. действующие на них нагрузки, температуры, вибрации, параметры среды в отсеках и т. п. С этой точки зрения корпус или его отдельные части можно считать составным элементом каждой из систем ракеты. Так, свойства корпуса учитывают в логике функционирования системы управления; обеспечение температурного режима в каком-либо отсеке требует учета геометрических характеристик, массы, термодинамических параметров конструкционного материала корпуса и т. д.

Конструкцию корпуса РЛА можно разде­лить на корпусы головного и отдельных ракетных блоков.

Конструкцию корпуса отдельного ракетного блока условно делят на отсеки (по функциональному или конструктивно-технологическому признаку). Под функциональным признаком в данном случае понимается выполняемая от­секом роль, а под конструктивно-технологическим – тип его конструкции.

В общем случае корпус ракетного блока включает в себя (деление по функциональному признаку): перед­ний отсек, отражательное устройство, отсеки баков окисли­теля и горючего, межбаковый и хвостовой отсеки, силовую раму и донную защиту (рис. 2.2).

Передний отсек предназначен для стыковки с последующим ракетным блоком и служит для размещения приборов систем управления и измерения при холодном разделении ступеней и для обеспечения выхода струи газов при запуске двигателей последующих ступеней при "горячем" разделении.

Отражательное устройство предназначено для защиты расположенного ниже бака от силового и теплового воздействия струи при "горячем" разделении ступеней.

Рис. 2.2. Структурная схема корпуса ракетного блока

Отсеки баков окислителя и горючего служат для размещения запасов компонентов топлива (окислителя и горючего соответственно).

Межбаковый отсек объединяет баки окислителя и горючего в топливный отсек, а также служит для размещения приборов управления и измерения. Конструктивно топливный отсек может быть выполнен и без меж­бакового отсека с одним общим для обоих баков днищем (совмещенное днище).

Хвостовой отсек образует хвостовую часть ракетного блока и предназначен для размещения двигателей и агрегатов двигательной установки. Корпус хвостового отсека ракетного блока второй и последующих ступеней обычно сбрасывается и выполняет роль переходного отсека.

Силовая рама крепления двигателей служит для передачи и распреде­ления силы тяги на корпус хвостового отсека или заднюю юбку.

Донная защита (теплозащитный экран) предназначена для защиты расположенных в хвостовом отсеке конструкций и агрегатов от теплового и газодинамического воздействия струи работающих двигателей (особенно в момент старта ракеты).

В ракетных блоках с ненесущими (подвесными) топливными баками мо­гут применяться силовые кольца, передающие сосредоточенные нагрузки от баков к внешнему силовому корпусу отсека.

По конструктивному признаку отсеки ракеты делятся на каркасные, ферменные и рамные, а по технологическому – на клепаные, сварные и комбинированные. Исключительно сварными являются баки, к конструкции которых предъявляются высокие требования по герметичности. Другие отсеки могут быть сварными или клепаными. При этом с увеличением стартовых масс ракеты предпочтение отдают клепаным конструкциям, позволяющим использовать самые высокопрочные материалы. Это обеспечивает уменьшение массы конструкции ракетного блока (по сравнению со сварной конструкцией).

Наиболее распространенным типом являются каркасные отсеки, обязательными элементами которых являются обшивка, образующая замкнутую обо­лочку, и продольно-поперечный силовой набор. Основными конструкционными материалами для изготовления отсеков корпуса являются, как правило, алюминиевые и титановые сплавы, а также неметаллические и композици­онные материалы, которые чаще применяются в конструкциях тепловой защиты и теплоизоляции.

Соединение (стыковка) отдельных отсеков между собой выполняется различными способами. Однако наиболее распространенным является фланцевое соединение.

2.3. Требования к конструкции корпуса

Требования, предъявляемые к конструкции корпуса, должны обеспечивать:

1. минимальную массу при необходимой прочности и жесткости;

2. эксплуатацию ракеты во всем диапазоне заданных внешних условий;

3. простоту изготовления и минимальную стоимость.

При разработке конструкций, отличающейся высокой прочностью и минимальной массой, необходимо следовать некоторым правилам. К ним относятся:

1) тщательная обработка геометрических размеров и сведение их до минимально необходимых;

2) разработка простой и ясной расчетной схемы конструкции, обеспечивающей минимальные запасы прочности;

3) повышенное внимание ко всем так называемым второстепенным деталям (кронштейнам, крепежным узлам и т. д.), которые в сумме образуют значительные массы.

Для соблюдения заданных условий эксплуатации отсеки корпуса и их стыки выполняют герметичными, гарантирующими защиту от попадания внешних атмосферных осадков, пыли и т. п.

Простоту и минимальную стоимость конструкции обеспечивает применение стандартных полуфабрикатов (листов, плит, профилей и т.д.). Это для большинства ракет приводит к необходимости изготовления корпуса из отдельных панелей, что в ряде случаев ухудшает его массовые характеристики из-за появления дополнительных стыков и применения неоптимальных профилей продольно-поперечного набора. При существенном ухудшении массовых характеристик отсеков отказываются от стандартных полуфабрикатов и переходят к специальным профилям, что экономически более целесообразно, так как при этом существенно увеличивается масса полезного груза.

Необходимо выполнять требования, предъявляемые к компоновке систем и корпуса. Особое внимание при разработке внутренней компоновки уделяют безопасности и живучести конструкции: трубопроводы дренажа из баков окислителя и горючего выводят в диаметрально противоположные точки. Магистрали и арматуру систем заправки и слива размещают так, чтобы при возникновении негерметичности в системах исключить попадание компонента из одной системы в другую. Кольцевые кабели в хвостовом отсеке прокладывают на полках шпангоутов, используя их в качестве защиты от силового воздействия при аварийном разрушении двигателя и т.д. Кроме того, в любом случае необходимо выполнение требования по удобству монтажа систем, обеспечению замены элементов, а также проведению испытаний как в процессе сборки ракетных блоков, так и при эксплуатации ракеты.

2.4. Конструктивные особенности компоновки ракетных летательных аппаратов

Схема "тандем" имеет последовательное расположение ракетных частей (блоков) ступеней, каждая из которых по своей конструктивной схеме может быть как моно-, так и полиблочной. При моноблочной схеме в состав ракетной ступени входит один ракетный блок, при полиблочной – несколько ракетных блоков или один ракетный блок с полиблочными топливными отсеками. Ракетные блоки, входящие в состав ракетной части ступени, комплектуются, как правило, всеми отсеками, агрегатами, системами и элементами, которые присущи обычной одноступенчатой ракете. Между собой ракетные части ступеней соединяются одним поясом силовых связей, имеющим вид фланцевого стыка, замковые устройства которого раскрываются в процессе разделения ступеней.

Недостаток схемы "тандем": при увеличении числа ступеней увеличивается общая длина ракеты, что ведет к снижению продольной устойчивости и возрастанию погрешностей изготовления, повышению конструктивно-технологических возмущающих воздействий.

Схема "пакет" имеет параллельное расположение ракетных частей (ступеней), которые соединяются между собой в двух силовых поясах: верхнем и нижнем. Оба пояса должны воспринимать или передавать поперечные нагрузки, а один из них – осевые. При передаче последних через верхний силовой пояс центральный ракетный блок, который является частью ступени ракеты, находится в более благоприятных условиях на определяющем активном участке полёта первой ступени, что обуславливает и улучшает массовые характеристики, т.е. меньшую величину пассивной массы последней ступени.

Контрольные вопросы к части 1 лабораторной работы № 1

1. Зачем нужен корпус ракеты? Какие нагрузки действуют на корпус, и от чего зависит их величина?

2. Из чего состоит ракетный блок? Что лежит в основе деления корпуса на отсеки?

3. Рассказать про передний отсек и отражательное устройство (расположение, назначение).

4. Рассказать про баки окислителя и горючего и межбаковый отсек (расположение, назначение).

5. Рассказать про хвостовой отсек, силовую раму крепления ДУ и донную защиту (расположение, назначение, что находится внутри).

6. Какие могут быть отсеки (корпус) по конструктивным и технологическим признакам? В чем разница между типами, достоинства и недостатки каждого типа, с увеличением массы ракеты какой тип лучше по технологическому признаку?

7. Из каких материалов изготавливают отсеки корпуса? Каким способом в основном соединяют отсеки?

8. Перечислить основные требования к конструкции корпуса.

9. Каким образом можно обеспечить минимальную массу при необходимой прочности и жесткости?

10. Каким образом обеспечивается эксплуатация ракеты во всем диапазоне заданных внешних условий, простота изготовления и минимальная стоимость?

11. Рассказать про особенности внутренней компоновки ракеты.

12. Какими могут быть ступени по конструктивно-компоновочной схеме? Пояснить. Рассказать про тандемную схему соединения ступеней: что собой представляет, достоинства, недостатки.

13. Рассказать про пакетную схему соединения ступеней: что собой представляет, достоинства, недостатки, через что соединены ступени, какие нагрузки воспринимают силовые пояса.

Поиск по сайту: