РАЗГОННЫЙ БЛОК Российский патент 2002 года по МПК B64G1/00 B64G1/40 F02K9/42 

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к устройству разгонных блоков космических аппаратов, используемых в качестве последних ступеней ракетоносителей и предназначенных для выведения космических аппаратов на конечные орбиты.

Известен разгонный блок ракеты-носителя "Ариан" (см. Астронавтика и ракетодинамика, N 11, 1984 г., стр.4, рис.4, изд. ВИНИТИ). Этот разгонный блок включает равномерно расположенные по окружности емкости, соединенные с продольным силовым элементом, ракетный двигатель, установленный вдоль продольной оси и узлы крепления блока к полезной нагрузке и смежной ступени носителя. Продольный силовой элемент выполнен в виде восьмигранной призмы, охватывающей емкости. На продольном силовом элементе размещены узлы крепления блока к полезной нагрузке и смежной ступени носителя.

При работе двигательных установок инерционные нагрузки от космического аппарата по продольному силовому элементу передаются к узлам крепления со смежной ступенью носителя. За счет размещения емкостей по периферии эффективно используется полезный объем головных блоков. Блок баков имеет в 2-3 раза меньший габаритный размер в длину, чем в диаметре. В центральном проеме блока баков может быть установлен ракетный двигатель.

Недостатком этого разгонного блока является значительная масса конструкции блока. Кроме того, габаритные размеры головных обтекателей, характерные для современных средств выведения, не дают возможности использовать это техническое решение для создания разгонных блоков тяжелого типа.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является автономный ракетный блок по патенту PФ N 2043956, МПК В 64 G 1/40, опубл. 20.09.95 г. , содержащий кольцеобразный блок баков, ориентированный перпендикулярно продольной оси и состоящий из равномерно расположенных по окружности усеченных сферических емкостей и соединенных с ними стержней, установленных по ребрам правильной восьмиугольной пирамиды, ракетный двигатель, установленный вдоль продольной оси блока, узлы крепления к полезной нагрузке, размещенные на верхних концах стержней и узлы крепления блока к смежной ступени носителя. Сферические емкости блока соединены друг с другом по контурам усечения. Силовые стержни пропущены сквозь сферические емкости и соединены с их оболочками. При этом стержни в пространстве установлены по ребрам правильной восьмиугольной усеченной пирамиды, ось которой совмещена с продольной осью бака.

При работе двигательных установок во время выведения полезной нагрузки на конечную орбиту инерционная нагрузка от космического аппарата передается через силовые стержни к смежной ступени носителя. За счет соединения стержней со сферическими оболочками разгонного блока в восприятие нагрузки включаются оболочки. При этом улучшаются массово-конструктивные характеристики аппарата. Однако использование и этого решения не позволяет спроектировать разгонный блок с высокими массово-энергетическими характеристиками с запасом топлива более 12-16 т.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является разработка конструкции разгонного блока, допускающего размещение на его борту 12-16 т топлива при минимальном продольном габарите и высоком массово-конструктивном совершенстве блока.

Это достигается следующим образом.

В разгонном блоке, содержащем кольцеобразный блок баков, ориентированный перпендикулярно продольной оси и состоящий из равномерно расположенных по окружности усеченных сферических емкостей и соединенных с ними стержней, установленных по ребрам правильной восьмиугольной пирамиды, ракетный двигатель, установленный вдоль продольной оси блока, узлы крепления к полезной нагрузке, размещенные на верхних концах стержней и узлы крепления блока к смежной ступени носителя, новым является то, что разгонный блок снабжен дополнительной отделяемой связкой баков, состоящей из четырех цилиндрических емкостей со сферическими днищами. Каждая из емкостей снабжена двумя силовыми шпангоутами, при этом продольные оси емкостей расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси блока, сферические днища соединены друг с другом. Нижние концы стержней соединены с силовыми шпангоутами, на которых размещены узлы крепления блока к смежной ступени носителя.

Кроме того, в разгонном блоке ракетный двигатель может быть размещен в осевом проеме дополнительной связки баков, а в осевом проеме кольцеобразного блока баков может быть размещен дополнительный топливный бак.

Введение дополнительной связки баков позволяет повысить запасы топлива на борту разгонного блока. При этом за счет возможности его отделения и рациональной силовой схемы достигаются высокие массово-конструктивные характеристики блока. Инерционная нагрузка от полезного груза передается через стержни кольцеобразного блока, баков к силовым шпангоутам дополнительной отделяемой связки баков. При этом в восприятие нагрузки включаются цилиндрические оболочки дополнительной связки баков.

Размещение ракетного двигателя в осевом проеме дополнительной связки баков в сочетании с возможностью размещения дополнительного бака в осевом проеме кольцеобразного блока баков также позволяет увеличить запас топлива на борту.

Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется следующими чертежами:
- фиг.1 - вид на блок баков спереди;
- фиг.2 - вид разгонный блок снизу,
- фиг.3 - вид на разгонный блок сверху;
- фиг.4 - продольный разрез блока по стержням кольцеобразного блока баков и силовым шпангоутам дополнительной связки баков.

Предлагаемый разгонный блок содержит кольцеобразный блок баков 1, состоящий из шести усеченных сферических емкостей 2. Кольцеобразный блок баков ориентирован перпендикулярно продольной оси блока 3.

Емкости 2 расположены равномерно по окружности и соединены друг с другом по контурам усечения с помощью шпангоутов. В четырех из шести емкостей кольцеобразного блока баков может быть размешен запас топлива, а в двух других - бортовая служебная аппаратура. Кольцеобразный блок баков снабжен системой из восьми стержней 4, которые пропущены сквозь емкости кольцеобразного блока баков и соединены с его сферическими оболочками. На верхних концах стержней размещены узлы крепления 5 разгонного блока к полезной нагрузке.

Снизу к кольцеобразному блоку баков подвешена дополнительная связка баков 6, состоящая из четырех цилиндрических баков 7 со сферическими днищами 8. Продольные оси баков дополнительной связки расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси разгонного блока 3.

Сферические днища дополнительной связки усечены плоскостями, проходящими через продольную ось разгонного блока. Контуры усечения смежных баков дополнительной связки соединены друг с другом посредством шпангоутов 9. Плоскости шпангоутов ориентированы при этом на продольную ось разгонного блока 3. На внутренней поверхности шпангоутов 9 закреплены межбаковые перегородки, не показанные на чертежах. Кроме того, цилиндрические баки дополнительной связки баков снабжены силовыми шпангоутами 10. При этом каждый бак снабжен двумя силовыми шпангоутами 10. Эти шпангоуты целесообразно разместить по стыкам сферических днищ с цилиндрическими оболочками баков. На силовых шпангоутах дополнительной связки баков расположены узлы крепления 11 дополнительной связки с нижними концами стержней 4, а также узлы крепления 12 разгонного блока к смежной ступени носителя. Восемь силовых шпангоутов 10 дополнительной связки баков при этом соединяются с таким же числом стержней 4 кольцеобразного блока баков.

В осевом проеме кольцеобразного блока баков размещен дополнительный топливный бак 13, а в осевом проеме дополнительной связки баков установлен ракетный двигатель 14. Ракетный двигатель при этом закреплен на кольцеобразном блоке баков.

Ракетный двигатель соединен топливными магистралями с необходимой арматурой как с емкостями топлива кольцеобразного блока баков, так и с емкостями дополнительной связки баков и дополнительным топливным баком.

Дополнительная связка баков выполнена с возможностью отделения от кольцеобразного блока баков. Это может быть достигнуто за счет использования известных в космической технике средств разделения, размещенных по стыку дополнительной связки баков с кольцеобразным блоком баков, и средств разделения топливоподающих магистралей, которые не показаны на чертежах.

В качестве материала для изготовления емкостей и стержней кольцеобразного блока баков и дополнительной связки баков может быть использован алюминиевый сплав типа АМГ-6. В целом разгонный блок представляет собой цельносварную конструкцию. Емкости могут быть снабжены демпфирующими перегородками, воронкогасителями, заборниками, штуцерами для забора жидкости, заправки, дренажа и другими необходимыми элементами, не показанными на чертежах.

При подготовке блока баков на технической позиции его емкости заполняются необходимыми компонентами под избыточным давлением 2-3 атм. Наряду с жидкими компонентами топлива, некоторые емкости могут заполняться газовыми средами с составом, необходимым для хранения специальных приборов и аппаратуры. Для обеспечения запуска двигательной установки разгонного блока в невесомости для отделения жидкой фазы от газообразной могут использоваться заборники капиллярного типа, либо использоваться способ запуска, предусматривающий сообщение разгонному блоку предварительного ускорения.

Во время полета топливо вырабатывается сначала из дополнительной связки баков. По окончании выработки топлива из дополнительной связки баков она отделяется от кольцеобразного блока баков. Далее топливо вырабатывается из топливных емкостей кольцеобразного блока баков и из дополнительного бака.

Инерционная нагрузка на активных участках работы двигательных установок от полезного груза передается через узлы крепления блока к полезной нагрузке на стержни кольцеобразного блока баков, при этом в восприятие нагрузок включаются оболочки емкостей кольцеобразного блока баков. От нижних концов стержней нагрузка передается на силовые шпангоуты дополнительной связки баков, при этом в восприятие нагрузки включаются цилиндрические оболочки баков связки. От узлов крепления блока с смежной ступени носителя нагрузка передается на ее силовые элементы.

Проектно-конструкторские оценки показывают возможность создания разгонного блока предлагаемого типа с массой заправляемого топлива 12-16 т, при этом запас топлива в кольцеобразном блоке баков может составить 4-5 т, а в сбрасываемой дополнительной связке 7-8 т. Максимальный диаметр блока при этом составляет 3,3-3,5 м, высота - 3 м. Масса блока баков лежит при этом в пределах 1,5 т, что на 25-30% ниже известных аналогов.

Особенно эффективно использование заявляемой конструкции блока баков в составе разгонных блоков, для которых характерно сочетание высоких нагрузок и высоких требований к объемно-массовым характеристикам.

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Предлагаемый разгонный блок содержит кольцевую связку сферических усеченных баков, перпендикулярную продольной оси блока. С баками соединены стержни, установленные по ребрам правильной восьмиугольной пирамиды. На верхних концах стержней имеются узлы крепления к полезной нагрузке. При этом разгонный блок снабжен дополнительной связкой баков в виде четырех цилиндрических емкостей со сферическими днищами, соединенными друг с другом. Эта связка выполнена отделяемой после выработки из нее топлива. Каждая из емкостей снабжена двумя силовыми шпангоутами, с которыми соединены нижние концы указанных стержней. На шпангоутах размещены узлы крепления разгонного блока к смежной ступени носителя. Ракетный двигатель блока размещен в осевом проеме дополнительной связки баков. В осевом проеме указанной кольцевой связки баков размещен дополнительный топливный бак. Изобретение направлено на повышение весового совершенства конструкции разгонного блока при увеличенных бортовых запасах топлива. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Разгонный блок, содержащий кольцеобразный блок баков, ориентированный перпендикулярно продольной оси блока и состоящий из равномерно расположенных по окружности усеченных сферических емкостей и соединенных с ними стержней, установленных по ребрам правильной восьмиугольной пирамиды, ракетный двигатель, установленный вдоль указанной продольной оси блока, узлы крепления к полезной нагрузке, размещенные на верхних концах стержней, и узлы крепления блока к смежной ступени носителя, отличающийся тем, что разгонный блок снабжен дополнительной отделяемой связкой баков, состоящей из четырех цилиндрических емкостей со сферическими днищами, причем каждая из емкостей снабжена двумя силовыми шпангоутами, продольные оси емкостей расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси блока, указанные сферические днища соединены друг с другом, а нижние концы стержней соединены с указанными силовыми шпангоутами, на которых размещены упомянутые узлы крепления разгонного блока к смежной ступени носителя. 2. Разгонный блок по п.1, отличающийся тем, что ракетный двигатель размещен в осевом проеме указанной дополнительной отделяемой связки баков, а в осевом проеме указанного кольцеобразного блока баков размещен дополнительный топливный бак.