Переходной отсек ракеты-носителя и его опорный шпангоут Российский патент 2018 года по МПК B64G1/22 

Изобретения относятся к области ракетно-космической техники и могут быть использованы в конструкции переходных отсеков ракет -носителей и их опорных шпангоутов, предназначенных для доставки полезных нагрузок в составе космических головных частей на орбиты искусственных спутников Земли (ОИСЗ). Как правило, переходные отсеки ракет-носителей включают корпус, соединенный с последней ступенью ракеты-носителя, головным обтекателем и с полезной нагрузкой.

Ряд технических решений переходного отсека (см. патенты РФ 2478531, 2349512, 2351510, 2368542, 2521078, патент США 5605308) решают техническую проблему по интеграции ракет-носителей с полезными нагрузками и головными обтекателями, поперечные размеры которых превышают поперечные размеры последних ступеней ракет-носителей.

В патенте РФ №2478531 (МПК B64G 1/22, опубл. 10.04.2013) корпус переходного отсека выполнен в виде усеченного конуса, опорный шпангоут - нижний торцевой шпангоут корпуса, которого соединен с последней ступенью ракеты-носителя. На стыковочном шпангоуте - верхнем торцевом шпангоуте корпуса, закреплен как головной обтекатель, так и средство соединения корпуса с полезной нагрузкой. Средство соединения корпуса с полезной нагрузкой выполнено в виде двух конусов, последовательно соединенных друг с другом. Недостатком рассмотренного решения является большая масса переходного отсека, так как корпус переходного отсека воспринимает инерционные нагрузки как от головного обтекателя, так и от полезной нагрузки. Кроме того, использование в этом решении пологого усеченного конуса для передачи инерционной нагрузки от полезной нагрузки на стыковочный шпангоут вызывает в стыковочном шпангоуте значительные усилия, что требует увеличения площади поперечного сечения стыковочного шпангоута, и, как следствие, ведет к дополнительному увеличению массы переходного отсека.

В техническом решении по патенту РФ №2555898 (МКП B64G 1/00, опубл. 12.09.2015) техническая задача по компоновке последней ступени ракеты-носителя с поперечным размером, меньшим поперечного размера головного обтекателя, решается за счет выполнения верхней части последней ступени ракеты-носителя в виде цилиндрического корпусного отсека. Корпусной отсек при этом содержит опорный шпангоут - силовой промежуточный опорный шпангоут, состоящий из внешней и внутренней частей, состыкованных друг с другом через цилиндрическую оболочку корпусного отсека последней ступени ракеты-носителя. Внешняя и внутренняя части опорного шпангоута выполнены в виде уголковых профилей, подкрепленных косынками, закрепленными на корпусном отсеке последней ступени ракеты-носителя. На внешней части опорного шпангоута закреплен торцевой шпангоут головного обтекателя, на части корпусного отсека, расположенной выше опорного шпангоута, размещена полезная нагрузка. Передача инерционных усилий от полезной нагрузки на опорный шпангоут происходит по внутренней ветви - по верхней части корпусного отсека, а передача инерционных усилий от головного обтекателя происходит по внешней ветви - нагрузка непосредственно передается на внешнюю часть опорного шпангоута, при этом отсутствует возможность частичной передачи поперечных нагрузок с одной ветви на другую. Это определяет недостаточную несущую способность конструкции.

Указанный недостаток частично устранен в технических решениях по патентам РФ №2349512 (МПК B64G 1/00, опубл. 01.05.2007) и №2351510 (МПК B64G 1/00, опубл. 10.04.2009), в соответствии с которыми переходный отсек ракеты-носителя - опорный отсек, содержит корпус, выполненный в виде усеченного конуса, образующий наружный силовой контур отсека, и внутреннюю цилидрическую проставку, образующую внутренний силовой контур отсека. Стыковочный шпангоут корпуса - шпангоут, соединенный разъемным соединением с головным обтекателем, и верхний шпангоут проставки соединены друг с другом подкрепленным прямоугольными косынками кольцом, которое замыкает силовой контур переходного отсека. Недостаточная прочностная эффективность конструктивных элементов в виде косынок определяет значительную массу переходного отсека.

Из патентов РФ №2522538, 2472670, 2472671, 2496878, США №6378805 известны технические решения сборных шпангоутов - шпангоутов собранных из стандартных профилей различных типов, и используемых в самолетостроении в узлах крепления гермошпангоутов к отсекам самолета. Из - за того, что нагрузки, действующие на опорные шпангоуты переходных отсеков ракет-носителей, превышают нагрузки, действующие на гермошпангоуты, используемые в авиационной технике, указанные решения затруднительно использовать в конструкции переходных отсеков ракет -носителей.

Шпангоут в соответствии с патентом США №9180984 (см. фиг. 21 описания патента) в поперечном сечении выполнен в виде L-образного профиля, содержащего вертикальную и горизонтальные полки и снабженного дополнительной полкой, размещенной между вертикальной и горизонтальной полками. Дополнительная полка шпангоута выполнена с обеспечением возможности соединения с конической оболочкой первого смежного отсека - коническим адаптером для крепления полезной нагрузки. Горизонтальная полка шпангоута выполнена с обеспечением возможности крепления со вторым смежным отсеком, например, с последней ступенью ракеты-носителя. Вертикальная полка обеспечивает возможность соединения с третьим смежным отсеком - с цилиндрической оболочкой первого смежного отсека - головного обтекателя, которая выполнена из трехслойного материала. Для этого вертикальная полка выполнена из двух коаксиальных цилиндрических поясов, между которыми помещена стенка первого смежного отсека - головного обтекателя. Это решение шпангоута рассчитано на восприятие дополнительной полкой шпангоута относительно невысокой нагрузки от первого смежного отсека, однако использование этого решения для более массивных полезных нагрузок неэффективно, так как дополнительная полка шпангоута требует значительного его усиления. При необходимости восприятия вертикальной стенкой нагрузок, действующих под углом к вертикали, например, от головного обтекателя с диаметром цилиндрической части, большим диаметра последней ступени ракеты-носителя, требует усиления и вертикальная полка шпангоута.

Шпангоуты переходных отсеков ракет-носителей, известные из патентов РФ №2555898 и 2521078 и ориентированные на использование в переходных отсеках ракет-носителей, позволяют обеспечить восприятие нагрузок от головных обтекателей, диаметр цилиндрической части которых больше диаметра последней ступени ракеты-носителя.

Из патента РФ №2521078 (МПК B64G 1/22, опубл. 27.06.2014) известно решение опорного шпангоута - нижнего шпангоута внешней конической оболочки переходного отсека, в соответствии с которым шпангоут выполнен в поперечном сечении в виде уголкового профиля, полки которого развернуты друг от друга на тупой угол. Первая полка профиля - полка, ориентированная в поперечном направлении, выполнена с обеспечением возможности соединения с полезной нагрузкой и последней ступенью ракеты-носителя, при этом внутреннее плечо первой полки снабжено отверстиями для элементов крепления полезной нагрузки, а внешнее плечо - для крепления последней ступени ракеты-носителя. Вторая полка профиля - полка, развернутая относительно первой на тупой угол, выполнена в этом техническом решении из двух соосных конических оболочек небольшой высоты для крепления трехслойной сотовой оболочки головного обтекателя с использованием накладки и закреплена на внешнем плече первой полки.

Недостатком этого решения является большая масса конструкции опорного шпангоута, что определяется значительным расстоянием между местом крепления полезной нагрузки на внутреннем плече первой полки и местом крепления последней ступени ракеты-носителя и головного обтекателя на ее внешнем плече, выполнением второй полки из двух конических поясов с накладкой и выполнением первой полки шпангоута с постоянной формой поперечного сечения в виде прямоугольника. Кроме того, крепление рассмотренной конструкции к шпангоуту последней ступени ракеты-носителя требует большого количества болтов с дополнительным использованием футорок, что ведет к увеличению массы и времени проведения сборочных работ.

Ближайшим аналогом заявляемого решения переходного отсека является решение, известное из патента РФ №2521078 (МПК B64G 1/22, опубл. 27.06.2013). В соответствии с этим решением переходный отсек ракеты-носителя содержит корпус - внешнюю коническую оболочку, снабженную опорным и стыковочным шпангоутами, и проставку - внутреннюю коническую оболочку, снабженную верхним и нижним шпангоутами.

Опорный шпангоут корпуса выполнен с обеспечением возможности соединения с последней ступенью ракеты-носителя, стыковочный шпангоут корпуса - с головным обтекателем, верхний шпангоут проставки - с полезной нагрузкой. В заявляемом решении верхний шпангоут проставки вдоль продольной оси отсека расположен выше стыковочного шпангоута корпуса. Кроме того, проставка этого решения снабжена промежуточным шпангоутом и продольно-поперечным силовым набором, включающим продольные балки и продольные косынки, размещенные на оболочке проставки между верхним и промежуточным шпангоутами проставки.

Стыковочный шпангоут корпуса и верхний шпангоут проставки, а также опорный шпангоута корпуса и нижний шпангоут проставки жестко соединены между собой.

Стыковочный шпангоут корпуса и верхний шпангоут проставки соединены между собой стержнями, которые в этом решении размещены наклонно по отношению к поперечной плоскости космического аппарата. Это снижает жесткость переходного отсека и уменьшает зону полезного груза под головным обтекателем. Кроме того, использование в конструкции наклонных стержней усложняет устройство стыковочного шпангоута корпуса и верхнего шпангоута проставки и увеличивает время сборки отсека. Стержни соединения стыковочного шпангоута с верхним шпангоутом проставки на шпангоутах размещены неравномерно, что определяет нагружение шпангоутов дополнительными изгибающими и крутящими моментами и ведет к повышению массы конструкции шпангоутов. Кроме того, выполнение стержней регулируемыми по своей длине ведет к увеличению времени сборки отсека и увеличению массы стержней. Неравномерное нагружение поперечных планок, размещенных в местах установки на стыковочном шпангоуте корпуса элементов крепления и обеспечения отделения головного обтекателя и опор для горизонтального перемещения ракеты-носителя также увеличивает массу отсека.

Верхний шпангоут проставки в этом решении выполнен сборным, содержащем стенку, выполненную в виде кольца переменной ширины. Внутренний торец стенки подкреплен уголковым профилем, а внешний торец - таврообразным профилем. Стенка шпангоута подкреплена продольными балками и косынками, размещенными, как указывалось выше, между верхним и промежуточным шпангоутом. Как указано в описании к патенту, размещение продольных балок и косынок между верхним и промежуточным шпангоутом проставки без их продления до нижнего шпангоута проставки обеспечивает исключение воздействия сосредоточенных усилий от полезной нагрузок на шпангоут последней ступени ракеты-носителя, что оправдано лишь до определенного уровня массы полезной нагрузки. Однако во многих случаях при выведении более массивных нагрузок несущая способность переходного отсека является недостаточной.

Особенности конструкции опорного шпангоута этого решения рассмотрена выше.

Кроме того, переходный отсек ракеты носителя содержит систему отделения полезной нагрузки, включающую в этом решении замки и толкатели. Выполнение замков и толкателей в заявляемом решении в виде отдельных устройств и их размещение вдоль верхнего торца проставки переходного отсека на внутренней стороне ее оболочки разнесенными друг от друга определяет завышенную массу системы отделения полезной нагрузки.

Использование рассматриваемого решения переходного отсека, ориентированного на решение проблемы расширения эксплуатационных возможностей переходного отсека для выведения полезной нагрузки, центр масс которой смещен относительно продольной оси ракеты-носителя. Недостатком этого технического решения является его завышенная масса, что в частности определяется:

- большой массой системы отделения полезной нагрузки из-за использования замков и толкателей в виде отдельных устройств;

- недостаточной несущей способностью оболочки проставки из-за подкрепления мест размещения элементов системы отделения продольными балками и косынками, пропущенными от верхнего шпангоута проставки лишь до ее промежуточного шпангоута,

- повышением массы отсека в связи с уменьшением его жесткости из-за соединения расположенных на разной высоте стыковочного шпангоута корпуса и верхнего шпангоута проставки наклонными стержнями, при этом нерегулярное размещение пар смежных стержней обуславливает дополнительные крутящие и изгибающие моменты в шпангоутах, что также увеличивает массу конструкции,

- значительной массой верхнего шпангоута проставки.

Технической проблемой, решаемой заявляемым решением переходного отсека ракеты-носителя, является снижение массы переходного отсека в сочетании с повышением его несущей способности и увеличением зоны полезного груза головного обтекателя.

Техническая проблема решается следующим образом.

Как и ближайший аналог, переходной отсек ракеты-носителя содержит выполненные в виде усеченных конусов корпус и помещенную внутри корпуса проставку. Корпус содержит обшивку, стыковочный шпангоут, выполненный с обеспечением возможности крепления головного обтекателя, и опорный шпангоут, выполненный с обеспечением возможности крепления к ракете - носителю. Проставка содержит силовой каркас, включающий верхний шпангоут, выполненный с обеспечением возможности крепления полезной нагрузки и соединенный со стыковочным шпангоутом корпуса, нижний шпангоут, закрепленный на опорном шпангоуте корпуса, и продольные балки. Кроме того, переходной отсек ракеты-носителя содержит систему отделения полезной нагрузки.

В соответствии с заявляемым решением корпус содержит продольные балки, соединенные с обшивкой корпуса. Кроме того, продольные балки корпуса снабжены фитингами, размещенными в их верхних концах.

В заявляемом решении проставка содержит кронштейны, равномерно размещенные вдоль ее верхнего торца и соединенные с верхними концами ее продольных балок, при этом нижние концы продольных балок проставки закреплены на нижнем шпангоуте проставки,

В заявляемом решении верхний шпангоут проставки выполнен в виде дуг, соединенных друг с другом через кронштейны проставок.

В соответствии с заявляемым решением каждый из кронштейнов проставки выполнен в поперечном сечении с профилем швеллерообразной формы, причем верхние торцы кронштейнов перекрыты снабженными отверстиями фланцами. Стенка каждого из кронштейнов ориентирована вдоль продольной оси переходного отсека, а полки кронштейна снабжены дополнительными планками, пропущенными по наружной стороне полок от фланца кронштейна до нижнего торца его стенки и ориентированными под углом к стенке кронштейна. Каждая из продольных балок проставки выполнена в поперечном сечении с профилем в виде таврошвеллера, полки которой соединены с полками кронштейна, а стенка без излома соединена с дополнительными планками кронштейна. Обшивка проставки выполнена в виде панелей, закрепленных на верхнем и нижнем шпангоутах проставки, на дополнительных планках кронштейнов и на стенках продольных балок проставки.

В соответствии с заявляемым решением стыковочный шпангоут корпуса и верхний шпангоут проставки соединены друг с другом плоской фермой с треугольной решеткой. Узлы крепления первых концов нечетных пар смежных стержней фермы к верхнему шпангоуту размещены на кронштейнах, а четных пар - на дугах верхнего шпангоута проставки.

В соответствии с заявляемым решением стыковочный шпангоут выполнен в поперечном сечении в виде таврообразного профиля с отогнутой внутрь отсека стенкой, на которой закреплена верхняя часть обшивки корпуса.

На внутреннем плече полки стыковочного шпангоута закреплены узлы крепления вторых концов стержней фермы к стыковочному шпангоуту,

Внешнее плечо стыковочного шпангоута оперто на фитинги продольных балок корпуса, при этом сверху на внешнем плече его полки установлен головной обтекатель. Головной обтекатель снабжен замками поперечного стыка, причем фитинги продольных балок корпуса, внешнее плечо стыковочного шпангоута и шпангоут головного обтекателя стянуты друг с другом замками поперечного стыка головного обтекателя.

В соответствии с заявляемым решением опорный шпангоут выполнен в поперечном сечении в виде двутаврообразного профиля, снабженного поперечными ребрами, размещенными в нише, открытой наружу отсека и ограниченной стенкой шпангоута и его полками.

На верхней полке опорного шпангоута в ее срединной части закреплен нижний шпангоут проставки, при этом периферийная часть внешнего плеча верхней полки опорного шпангоута выполнена отогнутой вверх и на ней закреплены продольные балки и обшивка корпуса. Внешнее плечо нижней полки шпангоута соединено с силовым элементом последней ступени ракеты-носителя.

В соответствии с заявляемым решением упомянутая система отделения полезной нагрузки включает замки - толкатели, размещенные между полками кронштейнов проставки и закрепленные на фланцах кронштейнов соосно их отверстиям.

Техническим результатом, достигаемым при использовании указанных конструктивных приемов, является уменьшение массы конструкции переходного отсека на 5…8 процентов.

При этом снижение массы переходного отсека в заявляемом решении сочетается с повышением его несущей способности за счет выполнения переходного отсека в поперечном сечении в виде жесткого треугольного в поперечном сечении элемента, составленного из плоской фермы, корпуса и проставки, соединенных друг с другом опорным и стыковочным шпангоутами корпуса и верхним и нижним шпангоутами проставки. Кроме того, повышению несущей способности отсека способствует также соединение верхних концов продольных балок проставки с кронштейнами и крепление их нижних концов на нижнем шпангоуте проставки.

Соединение стыковочного шпангоута корпуса и верхнего шпангоута проставки плоской фермой, кроме того, увеличивает зону полезного груза головного обтекателя и исключает необходимость регулировки длины стержней, что сокращает время сборки переходного отсека.

Помимо прочего, переходный отсек может быть снабжен опорами для горизонтальной транспортировки ракеты-носителя. Указанные опоры могут быть закреплены на фитингах продольных балок корпуса, при этом ферма может быть снабжена дополнительными стержнями, выполненными из сплава на основе титана, первые концы которых целесообразно соединить с кронштейнами проставки, а вторые концы закрепить на полке верхнего шпангоута корпуса вблизи мест крепления указанных опор.

Кроме того, переходной отсек может быть снабжен опорными кронштейнами для толкателей головного обтекателя. Указанные кронштейны могут быть закреплены на стыковочном шпангоуте корпуса и дополнительно подкреплены стержнями, закрепленными на фитингах продольных балок корпуса. Ферма при этом может быть снабжена дополнительными стержнями, выполненными из сплава на основе титана. Первые концы указанных стержней целесообразно соединить с кронштейнами проставки, а вторые концы закрепить на полке верхнего шпангоута корпуса вблизи мест крепления опорных кронштейнов.

Указанные выше конструктивные приемы крепления элементов, воспринимающих значительные нагрузки, с использованием дополнительных стержней фермы, выполненных из сплава на основе титана и соединенных с местами крепления указанных элементов и кронштейнами проставки, позволяют дополнительно уменьшить массу конструкции переходного отсека.

Помимо прочего, одна из сторон отогнутой части верхней полки опорного шпангоута может быть снабжена круговым уступом с шириной, близкой толщине обшивки корпуса, при этом часть полки от уступа до торца полки может быть выполнена в виде конической поверхности. Обшивку корпуса целесообразно расположить с прилеганием к указанной конической поверхности отогнутой части полки, что дополнительно уменьшает массу конструкции переходного отсека.

Кроме того, полка стыковочного шпангоута корпуса может быть снабжена выемками прямоугольной формы в поперечном сечении, размещенными по разные стороны от стенки стыковочного шпангоута. Выемки на внутреннем плече полки стыковочного шпангоута корпуса открытой частью ориентированы вверх и размещены между узлами крепления вторых концов стержней фермы к стыковочному шпангоуту. Выемки на внешнем плече полки стыковочного шпангоута корпуса ориентированы открытой частью вниз и расположены между местами креплений фитингов продольных балок корпуса. Это позволяет дополнительно уменьшить массу переходного отсека.

Помимо прочего, верхняя полка опорного шпангоута может быть снабжена глухими отверстиями, размещенными над поперечными ребрами опорного шпангоута и выполненными с обеспечением возможности соединения с нижним шпангоутом проставки, что обеспечивает непосредственную передачу инерционных нагрузок от полезной нагрузки на поперечные ребра шпангоута.

Наиболее предпочтительно число поперечных ребер опорного шпангоута выбрать из диапазона от 100 до 130, что соответствует условиям передачи распределенной нагрузки от головного блока ракеты-носителя на последние ступени ракет носителей среднего класса.

Кроме того, внешнее плечо нижней полки шпангоута может быть снабжено сквозными отверстиями, размещенными между поперечными ребрами и выполненными с обеспечением возможности соединения с силовым элементом последней ступени ракеты-носителя. Это позволяет выполнить соединение последней ступени ракеты-носителя с переходным отсеком с использованием болтовых соединений, что повышает надежность стыковки и уменьшает сроки сборки ракеты-носителя с головной частью.

Помимо прочего, фитинги продольных балок корпуса, внешнее плечо стыковочного шпангоута и шпангоут головного обтекателя целесообразно снабдить соосными отверстиями, сквозь которые могут быть пропущены штоки замков поперечного стыка головного обтекателя, что позволяет стянуть указанные конструктивные элементы в единый пакет и передать нагрузки от головного обтекателя непосредственно на продольные балки корпуса с минимальными затратами массы конструкции.

Ближайшим аналогом заявляемого опорного шпангоута является решение шпангоута отсека летательного аппарата (см. В.А. Евстафьев, Основы конструирования космических аппаратов, Балтийский государственный технический университет, С.-П., 2008, стр. 58, рис. 3.20). На рисунке 3.20 указанного источника приведен общий вид ферменного отсека космического аппарата, снабженного двумя опорными шпангоутами идентичного устройства. Для определенности в последующем изложении рассмотрим верхний опорный шпангоут этого решения.

В соответствии с этим решением опорный шпангоут в поперечном сечении выполнен с профилем в виде швеллера, содержащего стенку и одинаковой длины первую - верхнюю, и вторую - нижнюю полки. Кроме того, шпангоут содержит поперечные ребра, размещенные в кольцевой нише, ограниченной верхней и нижней полками и стенкой шпангоута. Полки шпангоута снабжены отверстиями, выполненными с обеспечением возможности соединения шпангоута со смежными элементами конструкции и размещенными между ребрами вблизи середины углового расстояния между ребрами. В рассмотренном примере на первой полке шпангоута отверстия размещены между каждой нечетной парой смежных поперечных ребер и обеспечивают восприятие распределенной нагрузки от первого смежного отсека, например, от полезной нагрузки. Отверстия второй полки шпангоута размещены лишь между некоторыми четными парами поперечных ребер - между парами ребер, лишенными отверстий на первой полке и примыкающими к опорным узлам фермы. Вторая полка шпангоута в сочетании с поперечными ребрами, размещенными вблизи отверстий второй полки, обеспечивает при этом передачу сосредоточенной нагрузки на второй смежный отсек шпангоута - в рассматриваемом решении на ферменный отсек. Таким образом, опорный шпангоут в этом решении обеспечивает восприятие рассредоточенных нагрузок от первого отсека, например, от полезной нагрузки, и передачу сосредоточенной нагрузки через вторую полку шпангоута на второй смежный отсек, например, на опорные узлы ферменного отсека.

Рассмотренный опорный шпангоут, во-первых, не обеспечивает восприятие первой полкой шпангоута инерционных нагрузок от третьего смежного отсека, например, головного обтекателя. Во-вторых, инерционные нагрузки, воспринимаемые первой полкой шпангоута, нагружают шпангоут кручением и изгибом из плоскости шпангоута, что ведет к увеличению массы шпангоута.

Технической проблемой, решаемой заявляемым опорным шпангоутом, является разработка конструкции шпангоута, обеспечивающей восприятие распределенных нагрузок от двух смежных отсеков - первого и третьего, и передачу распределенной нагрузки на второй смежный отсек в условиях массовых ограничений.

Техническая проблема решается следующим образом.

В соответствии с заявляемым решением опорный шпангоут выполнен в поперечном сечении с профилем двутаврообразной формы. В заявляемом решении верхняя полка шпангоута расположена асимметрично относительно стенки профиля со смещением наружу шпангоута, причем периферийная часть ее внешнего плеча отогнута вверх и выполнена с уменьшением ее толщины при переходе от места перегиба полки к ее торцу.

Как и ближайший аналог, опорный шпангоут содержит поперечные ребра, размещенные в кольцевой нише, ограниченной внешними плечами верхней и нижней полок и стенкой шпангоута. В отличие от ближайшего аналога поперечные ребра шпангоута снабжены наплывами, расположенными в местах стыка поперечных ребер со стенкой и верхней полкой шпангоута.

Как и в ближайшем аналоге, нижняя и верхняя полки шпангоута снабжены отверстиями, выполненными с обеспечением возможности соединения шпангоута со смежными элементами конструкции, при этом отверстия в нижней полке шпангоута выполнены сквозными и размещены между поперечными ребрами шпангоута. В отличие от ближайшего аналога отверстия в верхней полке шпангоута выполнены глухими, размещены над поперечными ребрами и продлены внутрь поперечных ребер шпангоута.

Выполнение шпангоута в поперечном сечении с профилем двутаврообразной формы с верхней полкой, помещенной асимметрично относительно стенки профиля со смещением наружу шпангоута и отогнутой периферийной частью, позволяет обеспечить возможность восприятия шпангоутом инерционной нагрузки от третьего смежного элемента конструкции, например, хвостовой части головного обтекателя с поперечным габаритным размером, превышающим поперечный габаритный размер второго смежного отсека.

Это сочетается с уменьшением массы шпангоута, что в частности достигается следующими приемами.

1. Размещение на нижней полке шпангоута между поперечными ребрами отверстий для крепления второго смежного отсека, например, последней ступени ракеты-носителя, и на верхней полке над поперечными ребрами отверстий для крепления первого смежного отсека, например, полезной нагрузки, позволяет свести к минимуму расстояние между осями отверстий для крепления первого и второго отсеков до центра тяжести сечения шпангоута и, следовательно, уменьшить кручение шпангоута и нагрузки на болты крепления ко второму смежному отсеку.

2. Выполнение поперечных ребер с наплывами, расположенными в местах соединения поперечных ребер со стенкой и верхней полкой шпангоута, что, обеспечивая плавное, без изломов соединение этих элементов друг с другом, уменьшает концентрацию напряжений в этих элементах от действия нагрузок от первого смежного отсека, например, конической проставки, и от третьего смежного отсека, например, от головного обтекателя.

3. Конструктивное выполнение отверстий в верхней полке глухими и размещением их над поперечными ребрами и их продление во внутреннюю часть наплывов ребер, что, обеспечивая непосредственную передачу инерционных нагрузок от первого смежного отсека, например, от полезной нагрузки, на поперечные ребра шпангоута, позволяет равномерно загрузить шпангоут.

4. Уменьшение толщины отогнутой части внешнего плеча верхней полки при переходе от места перегиба полки к ее торцу позволяет равномерно нагрузить наружное плечо верхней полки шпангоута.

Наиболее предпочтительно отклонить периферийную часть внешнего плеча верхней полки шпангоута от вертикали на угол от 30 до 40 градусов, что позволяет использовать заявленное решение опорного шпангоута в составе переходного отсека ракеты-носителя типа «Союз» в сочетании с отработанными серийными головными обтекателями.

Выполнение периферийной части верхней полки шпангоута с круговым уступом позволяет оптимальным образом соединить полку шпангоута с третьим смежным элементом конструкции, например, головным обтекателем с хвостовой частью, выполненным в виде конической оболочки, и за счет «примыкания» оболочки к отогнутой части полки включить ее в общую силовую схему шпангоута и тем самым дополнительно уменьшить массу шпангоута.

Предлагаемая конструкция опорного шпангоута может быть использована как в переходных отсеках ракет-носителей среднего и тяжелого классов, так и в конструкции других силовых отсеков летательных аппаратов.

Заявляемые решения переходного отсека ракеты-носителя и опорного шпангоута поясняется следующими материалами:

фиг. 1 - общий вид опорного шпангоута в аксонометрии,

фиг. 2 - вид опорного шпангоута сверху, фрагмент вида А с фиг. 1,

фиг. 3 - вид опорного шпангоута снизу, фрагмент вида Б с фиг. 2,

фиг. 4 - поперечное сечение шпангоута по месту расположения отверстия нижней полки шпангоута (сечение В-В с фиг. 3),

фиг. 5 - поперечное сечение шпангоута по месту расположения отверстия верхней полки шпангоута (сечение Г-Г с фиг. 2),

фиг. 6 - вид опорного шпангоута сбоку, фрагмент вида Д с фиг. 1,

фиг. 7 - разрез опорного шпангоута вблизи нижней полки (фрагмент разреза Е-Е с фиг. 6),

фиг. 8 - разрез опорного шпангоута вблизи верхней полки (фрагмент разреза Ж-Ж с фиг. 6),

фиг. 9 - общий вид переходного отсека в аксонометрии,

фиг. 10 - переходной отсек в плане (вид Т с фиг. 9),

фиг. 11 - разрез переходного отсека (разрез К-К с фиг. 10),

фиг. 12 - переходной отсек (фрагмент вида сбоку, вид 3 с фиг. 10),

фиг. 13 - узел соединения стыковочного шпангоута с полушпангоутом головного обтекателя и обшивкой корпуса (сечение О-О с фиг. 12),

фиг. 14 - узел соединения стыковочного шпангоута с полушпангоутом головного обтекателя и его замком поперечного стыка, обшивкой корпуса и фитингом продольной балки корпуса (сечение П-П с фиг. 12),

фиг. 15 - узел соединения опорного шпангоута с обшивкой и продольными балками корпуса в аксонометрии,

фиг. 16 - узел соединения опорного шпангоута корпуса с обшивкой и продольной балкой корпуса и шпангоутом последней ступени ракеты -носителя (сечение М-М с фиг. 15),

фиг. 17 - узел соединения опорного шпангоута корпуса с нижним шпангоутом проставки (сечение Н с фиг. 15),

фиг. 18 - узлы соединения стержней фермы с верхним шпангоутом проставки и стыковочным шпангоутом корпуса (выноска С с фиг. 10),

фиг. 19 - узел крепления опоры для толкателей головного обтекателя на корпусе отсека в аксонометрии,

фиг. 20 - фрагмент фермы в месте установки опоры для толкателей головного обтекателя (выноска И с фиг. 10),

фиг. 21 - узлы соединения дополнительного стержня фермы со стыковочным шпангоутом корпуса и верхним шпангоутом проставки в месте установки опоры для толкателей головного обтекателя (сечение Л-Л с фиг. 20),

фиг. 22 - узел крепления опоры для горизонтального перемещения ракеты -носителя в аксонометрии,

фиг. 23 - фрагмент фермы в месте установки кронштейна для горизонтального подъема ракеты-носителя (выноска Р с фиг. 10),

фиг. 24 - проставка в аксонометрии (фрагмент вида снаружи),

фиг. 25 - проставка в аксонометрии (фрагмент вида изнутри проставки),

фиг. 26 - кронштейн проставки в аксонометрии (вид на кронштейн с внешней стороны проставки),

фиг. 27 - кронштейн проставки в аксонометрии (вид на кронштейн с внутренней стороны проставки),

фиг. 28 - кронштейн проставки, вид сбоку (вид У с фиг. 27),

фиг. 29 - продольная балка проставки с кронштейном в аксонометрии,

фиг. 30 - установка замка - толкателя на кронштейне проставки в аксонометрии.

В приводимых материалах для обозначения элементов переходного отсека и опорного шпангоута использованы следующие обозначения:

1 продольная ось переходного отсека,

4 полушпангоут головного обтекателя,

401 элемент замка поперечного стыка головного обтекателя, располагаемый на стыковочном шпангоуте переходного отсека,

402 шток замка поперечного стыка головного обтекателя,

6 шпангоут последней ступени ракеты-носителя,

7 корпус,

71 обшивка корпуса,

72 продольная балка корпуса,

73 фитинг продольной балки корпуса,

74 промежуточный шпангоут корпуса,

8 проставка,

81 продольная балка проставки,

82 полка балки,

83 стенка балки,

84 переходной элемент продольной балки,

85 панель обшивки проставки,

9 замок толкатель,

10 опорный шпангоут,

11 стенка опорного шпангоута,

12 верхняя полка опорного шпангоута,

121 наружное плечо верхней полки опорного шпангоута,

122 внутреннее плечо верхней полки опорного шпангоута,

123 периферийная часть верхней полки опорного шпангоута,

124 уступ верхней полки опорного шпангоута,

125 отверстие в верхней полке опорного шпангоута,

126 место перегиба верхней полки опорного шпангоута,

13 нижняя полка опорного шпангоута,

131 наружное плечо нижней полки опорного шпангоута,

132 внутреннее плечо нижней полки опорного шпангоута,

134 выемка нижней полки опорного шпангоута,

135 отверстие в нижней полке опорного шпангоута,

14 ребро опорного шпангоута,

141 наплыв ребра опорного шпангоута,

20 стыковочный шпангоут,

21 стенка стыковочного шпангоута,

22 внешнее плечо полки стыковочного шпангоута,

23 внутренне плечо полки стыковочного шпангоута,

24 выемка на внешнем плече стыковочного шпангоута,

25 выемка на внутреннем плече стыковочного шпангоута,

30 кронштейн,

31 фланец кронштейна,

32 отверстие во фланце кронштейна,

33 стенка кронштейна,

34 полки кронштейна,

35 планка кронштейна,

36 отбортовка кронштейна,

37 поперечная площадка планки кронштейна,

40 нижний шпангоут проставки,

41 дуга верхнего шпангоута проставки,

50 Стержень фермы,

51 первый конец стержня,

52 второй конец стержня,

53 дополнительный стержень фермы,

60 опора для горизонтального перемещения ракеты-носителя,

61 кронштейн для установки опоры для горизонтального перемещения ракеты-носителя,

62 опорный кронштейн для толкателей головного обтекателя,

63 стержень для опорного кронштейна для толкателей головного обтекателя.

Без ограничения общности при последующем изложении условимся терминами «внешний», «наружный», «внутренний» обозначать элементы, расположенные в поперечной плоскости переходного отсека - плоскости, перпендикулярной продольной оси 1 переходного отсека, дальше или ближе от продольной оси 1 переходного отсека в радиальном направлении, или поверхности, ориентированные в сторону от продольной оси 1 переходного отсека или в сторону к продольной оси 1 переходного отсека. Кроме того, термины «выше», «ниже», «сверху», «снизу», «верхний торец», «нижний торец», «верхняя сторона», «нижняя сторона» условимся трактовать в соответствии с расположением элементов относительно положительного направления продольной оси 1 переходного отсека (ось X, фиг. 1, 11). Термином «поперечный» условимся обозначать сечения шпангоутов и других кольцеобразных элементов конструкции плоскостью, проходящей через продольную ось 1 переходного отсека (ось 1, фиг. 1, 11).

В соответствии с заявляемым решением опорный шпангоут 10 (см. фиг. 1-3) выполнен в поперечном сечении с профилем двутаврообразной формы (см. фиг. 4, 5) и содержит стенку 11 и верхнюю 12 и нижнюю 13 полки.

Верхняя полка опорного шпангоута, как показано на фиг. 4, 5, расположена асимметрично относительно стенки 11 профиля со смещением наружу шпангоута - длина наружного плеча 121 верхней полки профиля в 6…10 раз превышает длину внутреннего плеча 122 верхней полки. Наружное плечо 121 верхней полки профиля выполнено с перегибом 126, расположенном в наиболее предпочтительном варианте выполнения шпангоута вблизи середины наружного плеча 121 верхней полки 12 шпангоута. Периферийная часть 123 верхней полки может быть отогнута вверх на угол α, величину которого в наиболее предпочтительном варианте выполнения шпангоута целесообразно выбрать из диапазона от 30 до 40 градусов. Кроме того, в соответствии с заявляемым решением периферийная часть 123 наружного плеча 121 верхней полки 12 шпангоута снабжена круговым уступом 124, расположенным вблизи места перегиба 126 наружного плеча 121 верхней полки шпангоута.

В наиболее предпочтительном варианте выполнения опорного шпангоута верхнюю полку шпангоута целесообразно выполнить с переменной толщиной: толщину δ₁ внутреннего плеча 122 полки выбрать в 1,5…2 раза превышающей толщину δ₂ наружного плеча 121 верхней полки, ступенчатым уменьшением толщины δ₃ наружного плеча верхней полки на 25…30 процентов в месте уступа 124 и последующим плавным уменьшением толщины периферийной части наружного плеча на 10…20 процентов при переходе от уступа к торцу наружного плеча верхней полки, что дополнительно уменьшает массу шпангоута.

Как и верхнюю полку 12 нижнюю полку 13 шпангоута целесообразно расположить асимметрично относительно стенки 11 шпангоута (см. фиг. 4): длину наружного плеча 131 полки целесообразно выбрать в 2…3 раза превышающей длину внутреннего плеча 132 полки. При этом внутренняя часть полки может быть снабжена кольцевой выемкой 134 прямоугольного профиля. Это также дополнительно уменьшает массу шпангоута.

Как и в ближайший аналог, заявляемый опорный шпангоут снабжен поперечными ребрами 14. Поперечные ребра 14 размещены в кольцевой нише, ограниченной внешними плечами 121 и 131 верхней и нижней полок и стенкой 11 шпангоута. В наиболее предпочтительном варианте использования опорного шпангоута в переходном отсеке ракеты-носителя опорный шпангоут для обеспечения передачи распределенных нагрузок на последнюю ступень ракеты-носителя может быть снабжен 100…130 поперечными ребрами.

Как и ближайший аналог нижняя 13 и верхняя 13 полки шпангоута снабжены отверстиями. Отверстия 125 в верхней полке шпангоута выполнены с обеспечением возможности соединения шпангоута с первым смежным отсеком, отверстия 135 в нижней полки шпангоута - со вторым смежным отсеком. Отверстия 135 нижней полки 13 шпангоута, как и в ближайшем аналоге, выполнены сквозными и размещены между поперечными ребрами 14 шпангоута. Отверстия 125 верхней полки 12 шпангоута выполнены глухими, размещены в верхней полке над поперечными ребрами и продлены внутрь поперечных ребер шпангоута. При этом места размещения отверстий 125 в поперечных ребрах 14 корпуса в заявляемом решении шпангоута выполнены усиленными - поперечные ребра снабжены наплывами 141 (см. фиг. 4, 6-8), расположенными в местах стыка поперечных ребер 14 со стенкой 11 и верхней полкой 12 шпангоута, за счет чего толщина поперечных ребер вблизи их стыка с верхней полкой шпангоута и стенкой примерно в раза превышает толщину поперечных ребер вблизи их стыка с нижней полкой шпангоута и стенкой.

Заявляемый переходной отсек ракеты-носителя устроен следующим образом.

Как и ближайший аналог, заявляемый переходной отсек ракеты-носителя (см. фиг. 9-11) содержит выполненные в виде усеченных конусов корпус 7 и помещенную внутри корпуса проставку 8. Кроме того, переходной отсек ракеты-носителя содержит систему отделения полезной нагрузки.

Корпус 7 (см. фиг. 11, 12) содержит обшивку 71, опорный шпангоут 10, выполненный с обеспечением возможности крепления к ракете - носителю, и стыковочный шпангоут 20, выполненный с обеспечением возможности крепления головного обтекателя. Кроме указанных элементов корпус 7 содержит продольные балки 72, соединенные с обшивкой корпуса и снабженные фитингами 73, размещенными в их верхних концах, продольные стрингеры (условно не показаны) и промежуточные шпангоуты 74. Продольные балки 72 корпуса наиболее предпочтительно выполнить в виде П-образного профиля (см. фиг. 12, 15).

Проставка 8 (см. фиг. 24, 25) заявляемого решения содержит обшивку и силовой каркас, включающий верхний шпангоут 41, выполненный с обеспечением возможности крепления полезной нагрузки, нижний шпангоут 40 и продольные балки 81. Кроме того, в заявляемом решении проставка 8 содержит кронштейны 30 (см фиг. 26-29), равномерно размещенные вдоль верхнего торца проставки и соединенные с ее продольными балками 81.

Верхний шпангоут проставки выполнен в виде дуг 41, соединенных друг с другом через кронштейны 30 (см. фиг. 9, 10.). Дуги 41 верхнего шпангоута и нижний шпангоут 40 проставки в наиболее предпочтительном варианте выполнения отсека целесообразно выполнить в поперечном сечении в виде уголковых профилей.

Каждый из кронштейнов 30 выполнен в поперечном сечении в виде профиля швеллерообразной формы, как показано на фиг. 24, 26-29. Верхние торцы кронштейнов перекрыты фланцами 31, в которых выполнены отверстия 32. Стенка 33 каждого из кронштейнов ориентирована вдоль продольной оси 1 переходного отсека - ориентирована практически параллельно продольной оси 1 переходного отсека.

Полки 34 каждого из кронштейнов дополнительно снабжены планками 35. Планки 35 пропущены по наружной стороне полок 34 кронштейна от фланца 31 кронштейна до нижнего торца его стенки 33 и ориентированы под углом к стенке кронштейна. В верхней части кронштейна - в части, примыкающей к фланцу 31 кронштейна, планки 34 кронштейнов выполнены увеличенной ширины и снабжены отогнутыми поперечными площадками 37, ориентированными в поперечной плоскости отсека. Наиболее предпочтительно угол наклона планок 35 кронштейна к продольной оси 1 отсека выбрать близким или равным углу полураствора проставки. При этом дуги 41 уголкового профиля верхнего шпангоута проставки могут быть соединены с планками кронштейнов и с их отогнутыми площадками 37 с минимальными затратами массы конструкции.

Кроме того, кронштейны могут быть снабжены отбортовками 36 - узкими плоскими пластинами, размещенными вокруг фланцев.

Продольные балки 81 проставки 8 (см. фиг. 24, 29) выполнены в поперечном сечении в виде таврошвеллера, полки 82 продольных балок 81, как и полки 34 кронштейнов 30 размещены на наружной стороне проставки 8. Первые концы продольных балок 81 соединены с нижним шпангоутом 40 проставки (см. фиг. 24). Вторые концы продольных балок 81 проставки приварены к кронштейнам 30 (см. фиг. 29): полки 82 продольных балок соединены с полками 34 кронштейнов, а периферийные части стенки 83 без излома соединены с планками 35 кронштейнов. В случае выполнения отсека с различными поперечными размерами кронштейнов и продольных балок соединение кронштейнов и продольных балок может быть выполнено с использованием переходного элемента 84.

Обшивка проставки 8 выполнена в виде панелей 85, закрепленных на дугах 41 верхнего шпангоута проставки, нижнем 40 шпангоуте проставки, на стенках 83 продольных балок и на планках 35 кронштейнов (см. фиг. 24, 25).

Кроме указанных элементов, силовой каркас проставки может быть дополнен продольными стрингерами и промежуточными шпангоутами, а панели обшивки проставки могут быть дополнительно усилены продольными зигами.

Упомянутая система отделения полезной нагрузки включает замки - толкатели 9 (см. фиг. 30), которые размещены между полками кронштейнов 34 проставки и закреплены на фланцах 31 кронштейнов соосно их отверстиям 32. В наиболее предпочтительном варианте выполнения отсека замки - толкатели могут быть устроены, например, в соответствии с техническим решением, известным из патента РФ №2093435.

В заявляемом решении верхний шпангоут проставки и стыковочный шпангоут 20 корпуса соединены друг с другом плоской фермой (см. фиг. 10, 18, 20, 23) с треугольной решеткой. Стержни 50 фермы ориентированы параллельно поперечной плоскости отсека, поясами фермы служат верхний шпангоут проставки 8, образованный дугами 41, соединенными через кронштейны 30, и стыковочный шпангоут 20 корпуса. Стержни фермы 50 и дополнительные стержни 53 фермы (см. фиг. 21) выполнены в виде труб с законцовками, выполненными в виде элементов соединения «ухо-вилка» зацело без возможности изменения их длины.

Узлы крепления нечетных пар смежных стержней фермы к верхнему шпангоуту проставки размещены на кронштейнах 30, при этом их первые концы 51 закреплены соединениями «ухо-вилка» на отбортовках 36 кронштейнов 30 проставки (см. фиг. 9, 10, 18, 30). Узлы крепления четных пар смежных стержней 50 фермы размещены на дугах 41 верхнего шпангоута проставки: первые концы 51 стержней 50 закреплены соединениями «ухо-вилка» на дугах 41 верхнего шпангоута проставки (см. фиг. 21, 30).

Стыковочный шпангоут 20 корпуса (см. фиг. 9, 10, 12) в соответствии с заявляемым решением в поперечном сечении выполнен в виде таврообразного профиля с отогнутой внутрь корпуса стенкой 21 на угол, по величине близкий углу полураствора корпуса. Полка стыковочного шпангоута 20 корпуса может быть снабжена выемками 24, 25 с прямоугольной формой в поперечном сечении, как показано на фиг. 13, 14, размещенными по разные стороны от стенки 21 стыковочного шпангоута 20, причем на внутреннем 23 плече полки выемки 25 открытой частью ориентированы вверх, а на внешнем 22 плече полки выемки 24 - вниз.

В соответствии с заявляемым решением на отогнутой внутрь отсека стенке 21 стыковочного шпангоута 20 закреплена верхняя часть обшивки 71 корпуса. На внутреннем плече 23 полки стыковочного шпангоута 20 закреплены соединениями «ухо-вилка» вторые концы 52 стержней 50 и дополнительных стержней 53 фермы.

Внешнее плечо 22 полки стыковочного шпангоута оперто на фитинги 73 продольных балок 72 корпуса (см. фиг. 12-14). Сверху на внешнем плече 22 его полки установлены полушпангоуты 4 головного обтекателя ракеты-носителя. Головной обтекатель снабжен замками поперечного стыка, принципиальное устройство которых известно из уровня техники (см., например, «Основы конструирования ракет-носителей космических аппаратов», под ред. акад. В.П. Мишина, М., «Машиностроение», 1991, стр. 299-300, рис. 7.9). При этом фитинги 73 продольных балок 72 корпуса, внешнее плечо 22 стыковочного шпангоута и полушпангоут 4 головного обтекателя стянуты друг с другом указанными замками поперечного стыка головного обтекателя. Это может быть выполнено за счет размещения на фитингах 73 элементов 401 замков, снабженных пружинным механизмом и штоками 402. При этом на фитингах 73 продольных балок 72 корпуса, на внешнем плече 22 стыковочного шпангоута 20 и полушпангоуте 4 головного обтекателя могут быть выполнены соосные отверстия, сквозь которые пропущены штоки 402 к элементам замков, размещенных внутри головного обтекателя (см. фиг. 30).

Как указывалось выше, полка стыковочного шпангоута может быть снабжена выемками 24, 25. Выемки 25 на внутреннем плече 23 стыкового шпангоута целесообразно разместить между узлами крепления вторых концов 52 стержней 50 фермы, как показано на фиг. 30. Выемки 24 на внешнем плече 22 полки стыковочного шпангоута 20 целесообразно разместить между местами креплений фитингов 73 продольных балок 72 корпуса, как показано на фиг. 19, 22. Это обеспечивает выполнение полки стыковочного шпангоута 20 в местах крепления фитингов 73 продольных балок 72 корпуса и стержней 50 фермы с увеличенной толщиной.

Кроме указанных элементов, на стыковочном шпангоуте и фитингах продольных балок корпуса целесообразно закрепить некоторые элементы системы отделения головного обтекателя и средств транспортировки ракеты-носителя на технической позиции, например, переходной отсек может быть снабжен опорами 60 для горизонтального перемещения ракеты -носителя (см. фиг. 9, 10, 22, 23) и опорными кронштейнами 62 для толкателей головного обтекателя (см. фиг. 9, 10, 19, 20). Опоры 60 для горизонтального перемещения ракеты-носителя могут быть размещены на кронштейнах 61, закрепленных на стыковочном шпангоуте корпуса и его продольных балках (см. фиг. 22). Опорные кронштейны 62 для толкателей головного обтекателя могут быть закреплены на стыковочном шпангоуте корпуса (см. фиг. 19) и дополнительно подкреплены стержнями 63, закрепленными на фитингах продольных балок корпуса (см. фиг. 20). При этом ферму отсека целесообразно снабдить дополнительными стержнями 53, выполненными из сплава на основе титана, первые концы которых можно соединить с кронштейнами 30 проставки, а вторые - со стыковочным шпангоутом вблизи мест крепления опор 60 и опорных кронштейнов 62. В наиболее предпочтительном варианте выполнения переходного отсека на его корпусе закреплено две опоры для горизонтального перемещения ракеты-носителя и два опорных кронштейна для толкателей головного обтекателя.

Опорный шпангоут 10 (см. фиг. 9, 11, 16, 17) наиболее предпочтительно выполнить в соответствии с приведенным выше решением опорного шпангоута (см. фиг. 1-9). В соответствии с заявляемым решением опорный шпангоут 10 выполнен в поперечном сечении в виде двутаврообразного профиля, снабженного поперечными ребрами 14, размещенными в круговой нише, открытой наружу отсека и ограниченной стенкой 11 шпангоута и его полками 12, 13. В наиболее предпочтительном варианте выполнения переходного отсека опорный шпангоут может содержать от 100 до 130 поперечных ребер.

Периферийная 123 часть верхней полки шпангоута выполнена отогнутой вверх на угол, близкий по величину углу полураствора конической оболочки корпуса. При этом периферийную 123 часть полки вблизи места ее перегиба 126 целесообразно выполнить с уступом 124 по высоте близким толщине обшивки корпуса.

Нижняя 13 и верхняя 12 полки шпангоута снабжены отверстиями 125 и 135, причем отверстия 125 в верхней полке могут быть выполнены глухими и размещены над поперечными ребрами 14, а отверстия 135 в нижней полке опорного шпангоута могут быть выполнены сквозными и размещены между поперечными ребрами 14 шпангоута.

Внешнее плечо 131 нижней полки 13 шпангоута соединено с силовым элементом 6 последней ступени ракеты-носителя, что наиболее предпочтительно выполнить с использованием сквозных отверстий 135, размещенных на внешнем плече 131 нижней полки опорного шпангоута. При этом размещение на внешнем плече нижней полки шпангоута в нише, открытой наружу переходного отсека, сквозных отверстий 135 позволяет соединить последнюю ступень ракеты-носителя с переходным отсеком с использованием болтов и гаек, что сокращает время сборки ракеты-носителя.

В соответствии с заявляемым решением на верхней полке 12 опорного шпангоута 10 в ее срединной части закреплен нижний шпангоут 40 проставки 8, что наиболее предпочтительно сделать с использованием болтов, ввернутых в глухие отверстия 125, которые размещены над поперечными ребрами 14 опорного шпангоута. На отогнутой вверх периферийной части 123 верхней полки опорного шпангоута закреплены продольные балки 72 и обшивка 71 корпуса.

Заявляемый переходный отсек ракеты-носителя и его опорный шпангоут работают следующим образом.

На активном участке выведения полезной нагрузки ракетой - носителем продольные и поперечные нагрузки от головного обтекателя воспринимаются замками поперечного стыка, а также частично устройствами разворота створок, и передаются на стыковочный шпангоут переходного отсека. Продольные и поперечные нагрузки от полезной нагрузки через замки - толкатели передаются на верхний шпангоут проставки. Нагрузки, воспринятые стыковочным шпангоутом корпуса и верхним шпангоутом проставки перераспределяются через плоскую ферму между продольно-поперечным набором корпуса и продольно-поперечным набором проставки. Верхняя полка опорного шпангоута воспринимает нагрузки от панелей обшивки и продольных балок проставки, причем ее наружное плечо воспринимает нагрузки от продольных балок и обшивки корпуса. Через стенку и поперечные ребра шпангоута нагрузки передаются на нижнюю полку опорного шпангоута и от нее на последнюю ступень ракеты-носителя.

Группа изобретений относится к ракетно-космической технике. Переходной отсек содержит корпус с проставкой. Корпус содержит стыковочный и опорный шпангоут. Стыковочный шпангоут выполнен в поперечном сечении в виде таврообразного профиля с отогнутой внутрь отсека стенкой. Проставка содержит верхний шпангоут, соединенный с полезной нагрузкой, нижний шпангоут, закрепленный на опорном шпангоуте корпуса, и кронштейны, размещенные вдоль верхнего торца проставки и соединенные друг с другом дугами. Стыковочный шпангоут корпуса и верхний шпангоут проставки соединены плоской фермой с треугольной решеткой. Опорный шпангоут выполнен в поперечном сечении в виде двутаврообразного профиля с поперечными ребрами, размещенными в круговой нише, открытой наружу шпангоута. В нижней полке шпангоута между поперечными ребрами выполнены сквозные отверстия. В верхней полке шпангоута отверстия выполнены глухими и размещены над поперечными ребрами. В срединной части верхней полки шпангоута закреплен нижний шпангоут проставки. На периферийной части внешнего плеча верхней полки опорного шпангоута закреплены продольные балки и обшивка корпуса. Нижняя полка шпангоута соединена с ракетой-носителем. Техническим результатом является снижение массы и повышение несущей способности переходного отсека. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 30 ил.

1. Переходной отсек ракеты-носителя, содержащий выполненные в виде усеченных конусов корпус и помещенную внутри корпуса проставку, при этом корпус содержит обшивку, стыковочный шпангоут, выполненный с обеспечением возможности крепления головного обтекателя, и опорный шпангоут, выполненный с обеспечением возможности крепления к ракете-носителю, проставка содержит силовой каркас, включающий верхний шпангоут, выполненный с обеспечением возможности крепления полезной нагрузки и соединенный со стыковочным шпангоутом корпуса, нижний шпангоут, закрепленный на опорном шпангоуте корпуса, и продольные балки, кроме того, переходной отсек ракеты-носителя содержит систему отделения полезной нагрузки,

отличающийся тем, что

корпус содержит продольные балки, соединенные с обшивкой корпуса и снабженные фитингами, размещенными в их верхних концах, проставка содержит кронштейны, равномерно размещенные вдоль верхнего торца проставки и соединенные с верхними концами ее продольных балок, при этом нижние концы продольных балок проставки закреплены на нижнем шпангоуте проставки, верхний шпангоут проставки выполнен в виде дуг, соединенных друг с другом через кронштейны, при этом каждый из кронштейнов выполнен в поперечном сечении с профилем швеллерообразной формы, причем верхние торцы кронштейнов перекрыты снабженными отверстиями фланцами, стенка каждого из кронштейнов ориентирована вдоль продольной оси переходного отсека, а полки кронштейна снабжены планками, пропущенными по наружной стороне полок кронштейна от фланца кронштейна до нижнего торца его стенки и ориентированными под углом к стенке кронштейна, каждая из продольных балок проставки выполнена в поперечном сечении с профилем в виде таврошвеллера, полки которой соединены с полками кронштейна, а стенка без излома соединена с дополнительными планками кронштейна, обшивка проставки выполнена в виде панелей, закрепленных на верхнем и нижнем шпангоутах проставки, на дополнительных планках кронштейнов и на стенках продольных балок проставки, при этом стыковочный шпангоут корпуса и верхний шпангоут проставки соединены друг с другом плоской фермой с треугольной решеткой, причем узлы крепления первых концов нечетных пар смежных стержней фермы к верхнему шпангоуту размещены на кронштейнах, а четных пар - на дугах верхнего шпангоута проставки, стыковочный шпангоут выполнен в поперечном сечении в виде таврообразного профиля с отогнутой внутрь отсека стенкой, на которой закреплена верхняя часть обшивки корпуса, на внутреннем плече полки стыковочного шпангоута размещены узлы крепления вторых концов стержней фермы к стыковочному шпангоуту, внешнее плечо полки стыковочного шпангоута оперто на фитинги продольных балок корпуса, при этом сверху на внешнем плече его полки установлен головной обтекатель, снабженный замками поперечного стыка, причем фитинги продольных балок корпуса, внешнее плечо стыковочного шпангоута и шпангоут головного обтекателя стянуты друг с другом указанными замками поперечного стыка головного обтекателя, опорный шпангоут выполнен в поперечном сечении в виде двутаврообразного профиля, снабженного поперечными ребрами, размещенными в круговой нише, открытой наружу шпангоута и ограниченной стенкой шпангоута и его полками, на верхней полке опорного шпангоута в ее срединной части закреплен нижний шпангоут проставки, при этом периферийная часть внешнего плеча верхней полки опорного шпангоута выполнена отогнутой вверх и на ней закреплены продольные балки и обшивка корпуса, внешнее плечо нижней полки шпангоута соединено с силовым элементом последней ступени ракеты-носителя, упомянутая система отделения полезной нагрузки включает замки-толкатели, размещенные между полками кронштейнов продольных балок проставки и закрепленные на фланцах кронштейнов соосно их отверстиям.

2. Переходной отсек ракеты-носителя по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен опорами для горизонтального перемещения ракеты-носителя, закрепленными на фитингах продольных балок корпуса, при этом ферма снабжена дополнительными стержнями, выполненными из сплава на основе титана, причем первые концы указанных стержней соединены с кронштейнами проставки, а вторые концы закреплены на полке верхнего шпангоута корпуса вблизи мест крепления указанных опор.

3. Переходной отсек ракеты-носителя по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен опорными кронштейнами для толкателей головного обтекателя, закрепленными на стыковочном шпангоуте корпуса и дополнительно подкрепленными стержнями, закрепленными на фитингах продольных балок корпуса, при этом ферма снабжена дополнительными стержнями, выполненными из сплава на основе титана, причем первые концы указанных стержней соединены с кронштейнами верхнего шпангоута проставки, а вторые концы закреплены на полке верхнего шпангоута корпуса вблизи мест крепления опорных кронштейнов.

4. Переходной отсек ракеты-носителя по п. 1, отличающийся тем, что одна из сторон отогнутой части верхней полки опорного шпангоута снабжена круговым уступом с шириной, близкой толщине обшивки корпуса, отогнутая часть полки от уступа до ее торца выполнена в виде конической поверхности, при этом обшивка корпуса расположена с прилеганием к указанной поверхности отогнутой части полки.

5. Переходной отсек ракеты-носителя по п. 1, отличающийся тем, что полка стыковочного шпангоута корпуса снабжена выемками прямоугольной формы в поперечном сечении, размещенными по разные стороны от стенки стыковочного шпангоута.

6. Переходной отсек ракеты-носителя по п. 5, отличающийся тем, что выемки на внутреннем плече полки стыковочного шпангоута корпуса открытой частью ориентированы вверх и размещены между узлами крепления вторых концов стержней фермы.

7. Переходной отсек ракеты-носителя по п. 5, отличающийся тем, что выемки на внешнем плече полки стыковочного шпангоута корпуса открытой частью ориентированы вниз и расположены между местами крепления фитингов продольных балок корпуса.

8. Переходной отсек ракеты-носителя по п. 1, отличающийся тем, что верхняя полка опорного шпангоута снабжена глухими отверстиями, размещенными над поперечными ребрами опорного шпангоута и выполненными с обеспечением возможности соединения с нижним шпангоутом проставки.

9. Переходной отсек ракеты-носителя по п. 1, отличающийся тем, что внешнее плечо нижней полки опорного шпангоута снабжено сквозными отверстиями, размещенными между поперечными ребрами и выполненными с обеспечением возможности соединения с силовым элементом последней ступени ракеты-носителя.

10. Переходной отсек ракеты-носителя по п. 1, отличающийся тем, что число поперечных ребер опорного шпангоута выбрано из диапазона от 100 до 130.

11 Переходной отсек ракеты-носителя по п. 1, отличающийся тем, что фитинги продольных балок корпуса, внешнее плечо стыковочного шпангоута и шпангоут головного обтекателя снабжены соосными отверстиями, сквозь которые пропущены штоки замков поперечного стыка головного обтекателя.

12. Опорный шпангоут выполнен в поперечном сечении с профилем двутаврообразной формы, при этом верхняя полка шпангоута расположена асимметрично относительно стенки профиля со смещением наружу шпангоута, причем периферийная часть ее внешнего плеча отогнута вверх и выполнена с уменьшением ее толщины при переходе от места перегиба полки к ее торцу, кроме того, опорный шпангоут содержит поперечные ребра, размещенные в кольцевой нише, ограниченной внешними плечами верхней и нижней полок и стенкой шпангоута, и снабженными наплывами, расположенными в местах соединения поперечных ребер со стенкой и верхней полкой шпангоута, при этом нижняя и верхняя полки снабжены отверстиями, выполненными с обеспечением возможности соединения шпангоута со смежными элементами конструкции, причем отверстия в нижней полке шпангоута выполнены сквозными и размещены между поперечными ребрами шпангоута, а отверстия в верхней полке шпангоута выполнены глухими, размещены над поперечными ребрами и продлены внутрь поперечных ребер шпангоута.

13. Опорный шпангоут по п. 12, отличающийся тем, что периферийная часть внешнего плеча верхней полки шпангоута отогнута на угол от 30 до 40 градусов.

14. Опорный шпангоут по п. 12, отличающийся тем, что периферийная часть верхней полки шпангоута снабжена круговым уступом, расположенным вблизи места ее отгиба.

15. Опорный шпангоут по п. 12, отличающийся тем, что нижняя полка шпангоута расположена асимметрично относительно стенки профиля со смещением наружу шпангоута.