РАКЕТОНОСИТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК B64G1/40 B64G1/64 

Изобретение относится к области ракетной техники, а именно к конструкции устройств для передачи продольных нагрузок между ступенями в системах для разделения ступеней ракетоносителя.

Известно техническое решение по разделению ступеней ракетоносителя с помощью ряда ракетных твердотопливных двигателей [1]
Данный "холодный" способ разделения ступеней имеет тот недостаток, что требует установки ряда ракетных твердотопливных двигателей (РДТТ) большого веса, т.к. требуется затормозить более тяжелую отработавшую ступень. Обычно РДТТ ставятся на внешнюю поверхность корпуса соплом, направленным против полета, и закрываются обтекателем, что еще более увеличивает вес ступени и ухудшает ее аэродинамику в полете.

Наиболее близким аналогом изобретения является ракетоноситель, содержащий тандемно расположенные ступени с периферийными баковыми блоками и устройство разделения ступеней [2]
При такой схеме разделения ступеней отработавшая ступень получает наряду с продольным и поперечное, т.е. боковое смещение, что может вызвать соударение с соплом работающих двигателей, ввиду чего на вышестоящей ступени необходимо монтировать ферму с бугелями, а на отработавшей ступени ставить направляющие рельсы для обеспечения безударного разделения ступеней, что также увеличивает конструктивный вес обеих ступеней и в итоге снижает выводимую массу полезной нагрузки.

Техническим результатом данного изобретения является получение дополнительного импульса для безударного осесимметричного разделения ступеней и одновременно с этим перераспределения продольных нагрузок в полете для снижения конструктивного веса ступеней.

Указанный технический результат достигается тем, что в ракетоносителе, содержащем тандемно расположенные ступени с периферийными баковыми блоками и устройство разделения ступеней, устройство разделения ступеней снабжено размещенными в зазоре между днищами периферийных баковых блоков и соединенными между собой с возможностью сообщения эластичными надувными емкостями, причем каждая емкость выполнена в виде цилиндра с двумя вогнутыми внутрь цилиндра днищами, повторяющими форму днищ периферийных баковых блоков обеих ступеней, и прикреплена к верхнему днищу периферийного бакового блока нижерасположенной ступени.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен ракетоноситель с эластичными емкостями в полете до момента разделения ступеней; на фиг. 2 показано конечное (раздутое) положение эластичных емкостей в момент разделения ступеней.

Ракетоноситель содержит тандемно расположенные ступени 1, 2 с периферийными баковыми блоками 3, 4 и устройством 5 разделения ступеней, которое снабжено размещенными в зазоре между днищами 6, 7 периферийных баковых блоков 3, 4 и соединенными между собой с возможностью сообщения эластичными надувными емкостями 8, причем каждая емкость 8 выполнена в виде цилиндра 9 с двумя вогнутыми внутрь цилиндра днищами 10, 11, повторяющими форму днищ периферийных баковых блоков 3, 4 обеих ступеней 1, 2, и прикреплена к верхнему днищу 7 периферийного бакового блока 4 нижерасположенной ступени 2. Разделение ступеней 1, 2 осуществляется по плоскости 1-1. Емкости соединены между собой с помощью трубопровода 12.

Ракетоноситель согласно изобретению функционирует следующим образом.

В силовую схему ракетоносителя надувные эластичные емкости 8 включаются еще при подготовке к старту. После заправки периферийных баковых блоков 3, 4 во внутреннюю полость надувных емкостей подается необходимое давление, при котором эластичное днище 10 прижимается к нижнему днищу 6 периферийного бакового блока 3, а эластичное днище 11 прижимается к верхнему днищу 7 периферийного бакового блока 4. При этом нагрузка от веса топлива бакового блока 3 передается через эластичную емкость 8 на периферийный баковый блок 4 нижерасположенной ступени 2.

В полете, по мере возрастания перегрузок от работы двигательной установки нижерасположенной ступени 2, давление в полости емкости с учетом падения атмосферного давления может корректироваться так, чтобы продольные нагрузки на нижерасположенной ступени поддерживались на минимальном уровне, что дает возможность снизить конструктивный вес баковых блоков ступени. Это рационально делать, т. к. к концу работы первой ступени типового ракетоносителя перегрузки возрастают обычно с 1,2 до 3,5-4 единиц, тогда как начальная перегрузка 2-ой ступени обычно близка к единице.

В момент отделения ступеней имеющееся внутреннее давление в полости емкостей, умноженное на площадь эластичного днища, создает большую силу расталкивания, даже при малом внутреннем давлении.

По мере воздействия этой расталкивающей силы на ходе 15 обе ступени получают взаимные скорости (в равные стороны) пропорционально их массам. При разделении ступеней центрирующий штырь (не показан) удерживает их от поперечного смещения. Нижерасположенная ступень 2, имеющая меньшую массу, получит большую скорость отхода 13, а вышерасположенная ступень 1 меньшую скорость 14, но эта скорость прямо влияет на увеличение выводимой полезной нагрузки.

Установка эластичных емкостей на ракетоносителе дает двойной эффект:
обеспечивается быстрое безударное осесимметричное разделение ступеней;
уменьшаются продольные нагрузки на периферийных баковых блоках.

Оба эти фактора способствуют безударному выходу двигателя 16 их верхней части корпуса нижерасположенной ступени 2 и отказу от необходимости установки конструкции фермы с бугелями на верхней ступени 1, т.к. эти функции выполняют эластичные емкости 8, что ведет к снижению конструктивного веса. Кроме того, уменьшение продольных нагрузок способствует снижению конструктивного веса периферийных баковых блоков и узлов их закрепления, что также увеличивает выводимую массу полезной нагрузки.

Использование: в области ракетной техники, а именно в конструкциях устройств для передачи продольных нагрузок между ступенями в устройствах для разделения ступеней ракетоносителя (РН). Сущность изобретения: РН содержит тандемно расположенные ступени 1, 2 с периферийными баковыми блоками 3, 4 и устройством разделения ступеней, которое снабжено размещенными в зазоре между днищами указанных блоков и соединенными между собой с возможностью сообщения эластичными надувными емкостями 8, причем каждая емкость выполнена в виде цилиндра с двумя вогнутыми внутрь днищами, повторяющими форму днищ периферийных баковых блоков обеих ступеней, и прикреплена к верхнему днищу периферийного бакового блока 4 нижней ступени 2. При подаче давления в емкости 8 и их раздутии обеспечивается получение дополнительного импульса для безударного осесимметричного разделения ступеней и, одновременно с этим перераспределение нагрузок в полете, что дает снижение конструктивного веса ступеней. 2 ил.

Ракетоноситель, содержащий тандемно расположенные ступени с периферийными баковыми блоками и устройством разделения ступеней, отличающийся тем, что устройство разделения ступеней снабжено размещенными в зазоре между днищами периферийных баковых блоков и соединенными между собой с возможностью сообщения эластичными надувными емкостями, причем каждая емкость выполнена в виде цилиндра с двумя вогнутыми внутрь цилиндра днищами, повторяющими форму днищ периферийных баковых блоков обеих ступеней, и прикреплена к верхнему днищу периферийного базового блока нижерасположенной ступени.