ОТДЕЛЯЕМЫЙ ХВОСТОВОЙ ОТСЕК СТУПЕНИ РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ Российский патент 2009 года по МПК B64G1/00 

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано в конструкции космических транспортных средств для выведения на околоземную орбиту полезных грузов (ПГ).

Известна ракета-носитель (РН) с поперечным делением ступеней, в которой разделение сводится к осевому отбросу отработавшей ступени (см. Ракеты-носители. Под редакцией проф. С.О.Осипова. Изд. Министерства обороны СССР. - М. 1981. стр.115).

Известен отделяемый хвостовой отсек (ХО) ступени РН, оснащенной баком топлива (БТ) и двигательной установкой (ДУ), имеющий поперечные стыки с предыдущей и последующей ступенями, продольные стыки панелей ХО друг с другом, установленные на стыках узлы крепления и отделения, а именно пирозамки и пружинные толкатели (см. Ракеты-носители. /Под редакцией проф. С.О.Осипова. Изд. Министерства обороны СССР. - М. 1981. стр.117-118, 127, 173-175, 238-240).

ХО служит для размещения ДУ последующей ступени и является пассивным элементом конструкции, который после отделения предыдущей ступени и запуска ДУ последующей ступени сбрасывается для уменьшения конечной массы последующей ступени и увеличения массы ПГ, выводимого РН.

Под действием усилия толкателей поперечного стыка ХО отделяется от последующей ступени в продольном направлении, а под действием усилия толкателей продольных стыков панели ХО отделяются в поперечных направлениях.

ХО по габаритам могут быть как короткие, так и длинные, а по массе, соответственно, легкие и тяжелые. При выполнении ХО коротким уменьшается сбрасываемая пассивная масса, увеличивается конечная масса последующей ступени и уменьшается масса ПГ, выводимого РН. При выполнении ХО длинным увеличивается отделяемая масса, ухудшаются кинематические параметры отделения ХО, увеличивается «опасный» путь прохождения верхнего среза панелей от исходного положения до нижнего среза ДУ и увеличивается вероятность соударения панелей ХО с ДУ.

Задачей изобретения является увеличение массы ПГ, выводимого РН, за счет максимально возможного увеличения габаритов и массы отделяемого ХО, уменьшения конечной массы последующей ступени при гарантированном обеспечении безударного отделения ХО.

Поставленная задача достигается тем, что в известном отделяемом ХО ступени РН, оснащенной БТ и ДУ, имеющем поперечный стык с последующей ступенью и продольные стыки панелей ХО друг с другом, установленные на стыках толкатели, на продольных стыках панелей толкатели расположены в плоскостях, отстоящих от поперечной плоскости, проходящей через центры масс (ЦМ) панелей, в направлении к поперечному стыку ХО с последующей ступенью, на расстояния, составляющие (0,05÷0,15) длины ХО (L), ход толкателей продольных стыков панелей превышает ход толкателей поперечного стыка ХО с последующей ступенью в (7-8) раз, при этом среднее суммарное усилие толкателей каждого продольного стыка панелей превышает соответствующее усилие толкателей поперечного стыка ХО с последующей ступенью, поперечный стык ХО с последующей ступенью расположен на расстоянии Н от плоскости сопряжения боковой цилиндрической поверхности со сферическим днищем БТ, определяемом по зависимости

где D_БТ - диаметр БТ;

d_Т - диаметр толкателя;

b - толщина боковой поверхности ХО;

Δ - монтажные зазоры между толкателем и внутренней поверхностью ХО, толкателем и поверхностью днища БТ;

h - толщина шпангоута ХО на поперечном стыке с последующей ступенью.

ХО 1 последующей ступени 2 РН, оснащенной БТ 3 и ДУ 4, имеет поперечный стык 5 с последующей ступенью 2 и продольные стыки 6 панелей 7 друг с другом, установленные на стыках 5 и 6 толкатели 8 и 9.

ХО функционирует следующим образом.

После запуска ДУ 4 последующей ступени 2 производится отделение ХО 1. Под действием усилия толкателей 8 поперечного стыка 5 ХО 1 отделяется от последующей ступени 2 в продольном направлении, а под действием усилия толкателей 9 продольных стыков 6 панели 7 отделяются в поперечных направлениях.

Расположение толкателей 9 на продольных стыках 6 панелей 7 в плоскостях, отстоящих от поперечной плоскости, проходящей через ЦМ панелей 7, в направлении к поперечному стыку 5 ХО 1 с последующей ступенью 2, на расстояния, составляющие (0,05÷0,15) длины ХО 1, позволило создать момент суммарного усилия толкателей 9 продольных стыков 6 относительно ЦМ панелей 7, обеспечивающий «веерообразный» характер углового движения панелей 7 с более интенсивным отходом верхних частей панелей 7 и с угловой скоростью относительно поперечной оси, проходящей через ЦМ панели 7, составляющей ˜100°/_c, в результате чего в момент прохождения верхнего среза панелей 7 в зоне нижнего среза ДУ 4 обеспечивается гарантированный зазор между разделяемыми элементами.

Превышение хода толкателей продольных стыков 6 панелей 7 над ходом толкателей 8 поперечного стыка 5 ХО 1 с последующей ступенью 2 в (7-8) раз при превышении среднего суммарного усилия толкателей 9 каждого продольного стыка 6 панелей 7 над соответствующим усилием толкателей 8 поперечного стыка 5 ХО 1 с последующей ступенью 2, в результате чего суммарная работа толкателей 9 каждого продольного стыка 6 на порядок превышает суммарную работу толкателей 8 поперечного стыка 5 ХО 1 с последующей ступенью 2, позволило обеспечить превышение поперечной составляющей линейной скорости отделения панелей 7 над продольной составляющей линейной скорости отделения ХО 1 от последующей ступени 2, что явилось дополнительным фактором обеспечения безударного отхода панелей ХО 1 от ДУ 4.

Расположение поперечного стыка ХО 1 с последующей ступенью 2 на расстоянии Н от плоскости сопряжения боковой цилиндрической поверхности со сферическим днищем БТ 3, определяемом по зависимости

где D_БТ - диаметр БТ 3;

d_Т - диаметр толкателя 8;

b - толщина боковой поверхности ХО 1;

Δ - монтажные зазоры между толкателем 8 и внутренней поверхностью ХО 1, толкателем 8 и поверхностью днища БТ 3;

h - толщина шпангоута ХО 1 на поперечном стыке 5 с последующей ступенью 2,

позволило максимально возможно увеличить габариты и массу отделяемого ХО 1, уменьшить конечную массу последующей ступени и увеличить массу ПГ, выводимого РН.

Использование предложенного ХО в конструкции космических транспортных средств позволяет максимально возможно увеличить пассивную массу сбрасываемого ХО, уменьшить конечную массу последующей ступени и увеличить массу ПГ, выводимого РН на околоземную орбиту, при гарантированном обеспечении безударного отделения ХО от последующей ступени.

Изобретение относится к ракетно-космической технике. Хвостовой отсек ступени ракеты-носителя оснащен топливным баком и двигательной установкой и имеет поперечный стык с последующей ступенью и продольные стыки панелей хвостового отсека друг с другом, установленные на стыках толкатели. Поперечный стык хвостового отсека с последующей ступенью расположен на расчетном расстоянии от плоскости сопряжения боковой цилиндрической поверхности со сферическим днищем топливного бака. На продольных стыках панелей толкатели расположены в плоскостях, отстоящих от поперечной плоскости, проходящей через центры масс панелей, в направлении к поперечному стыку хвостового отсека с последующей ступенью, на расстояния, составляющие (0,05-0,15) длины хвостового отсека. Ход толкателей продольных стыков панелей превышает ход толкателей поперечного стыка хвостового отсека с последующей ступенью в 7-8 раз, при этом среднее суммарное усилие толкателей каждого продольного стыка панелей превышает соответствующее усилие толкателей поперечного стыка хвостового отсека с последующей ступенью. Изобретение направлено на увеличение массы полезной нагрузки, выводимой ракетой-носителем на орбиту и обеспечение безударного отделения хвостового отсека ракеты-носителя. 1 ил.

Отделяемый хвостовой отсек ступени ракеты-носителя, оснащенной баком топлива и двигательной установкой, имеющий поперечный стык с последующей ступенью и продольные стыки панелей хвостового отсека друг с другом, установленные на стыках толкатели, отличающийся тем, что на продольных стыках панелей толкатели расположены в плоскостях, отстоящих от поперечной плоскости, проходящей через центры масс панелей, в направлении к поперечному стыку хвостового отсека с последующей ступенью, на расстояния, составляющие 0,05-0,15 длины хвостового отсека, ход толкателей продольных стыков панелей превышает ход толкателей поперечного стыка хвостового отсека с последующей ступенью в 7-8 раз, при этом среднее суммарное усилие толкателей каждого продольного стыка панелей превышает соответствующее усилие толкателей поперечного стыка хвостового отсека с последующей ступенью, поперечный стык хвостового отсека с последующей ступенью расположен на расстоянии Н от плоскости сопряжения боковой цилиндрической поверхности со сферическим днищем бака топлива, определяемом по зависимости

где D_БТ - диаметр бака топлива;

D_Т - диаметр толкателя;

b - толщина боковой поверхности хвостового отсека;

Δ - монтажные зазоры между толкателем и внутренней поверхностью хвостового отсека, толкателем и поверхностью днища бака топлива;

h - толщина шпангоута хвостового отсека на поперечном стыке с последующей ступенью.