Ракета-носитель с непрерывным отбросом массы на гибридном топливе Советский патент 1993 года по МПК F42B15/00 

Изобретение относится к ракетной космической технике, а более конкретно к устройству ракет-носителей сверхтяжелого класса.

Цель изобретения - улучшение массо- во-энергетических характеристик.

На фиг. 1 изображен общий вид ракеты в разрезе; на фиг. 2 и 3 - конструктивная схема карусельного агрегата; на фиг. 4 - структура многослойной полиэтиленовой оболочки; на фиг. 5 - схема газификатора.

Ракета-носитель с непрерывным отбросом массы содержит головной блок 1, сопря- женный с возможностью продольного перемещения с топливным отсеком 2, пред- ставляющим собой мягкую многослойную цилиндрическую оболочку из полиэтилена (СгНз), в которой заключен жидкий компонент 3 (98%-ная перекись водорода). В свободном объеме 4 топливного отсека 2 расположен карусельный агрегат 5, соединенный при помощи упорной опоры вращения 6 с днищем головного блока 1. Снизу карусельный агрегат 5 жестко связан с полым полиэтиленовым винтом 7. Последний сопряжен с гайкой 8, жестко закрепленной на днище 9 топливного отсека 2. Образованные при укорачивании топливного отсека 2 ветви полиэтиленовой ленты 10 огибают систему блоков (см. фиг. 2) карусельного агре- гата 5 и по полому винту 7 поступает в плавильный агрегат 11, откуда полиэтилен после его газификации подается в ЖРД 12.

Карусельный агрегат 5 состоит из трубчатой фермы (карусели) 13, по окружности которой размещены отрезные ножи 14 и два вертикальных рабочих блока 15 в виде радиусных роликовых опор, а в центре два горизонтальных направляющих блока 16. По окружности карусели 13 установлены также центрирующие роликовые опоры 17. Вершина трубчатой фермы 13 соединена посредством упорной опоры вращения 6 с днищем головного блока 1. Снизу ферма 13 жестко связана с полым полиэтиленовым винтом 7.

Топливный отсек 2 представляет собой мягкую многослойную цилиндрическую оболочку из полиэтилена. Толщина многослойной оболочки 2 составляет S 0,12R, где R - ее внутренний радиус, что соответствует оптимальному соотношению компонентов гибридной пары полиэтилен- перекись водорода Копт 6. Внутренние сплошные слои 18 (толщина одного слоя со- ставляет 1,5...3 мм) представляют собой собственно мягкую оболочку, которая обеспечивает герметичность топливного отсека 2 и его работу по восприятию изгибающего момента. Толщина оболочки 18 равна

0,1 ...0,25, составляет многослойная силовая обмотка 19 из полиэтиленовой ленты, выполненная двухзаходной. Кроме того, каждый слой оболочки 18 и обмотки 19 имеет микронное покрытие в виде напыленной алюминиевой пудры 20, что способствует росту удельного импульса.

Газификатор 11 содержит расслоитель 21 и линейный вспомогательный асинхронный двигатель 22 для поднатяжки полиэтиленовой ленты 10, возможность перехода которой в термопластичное состояние обеспечивается за счет энергии разложения перекиси водорода 3 в камерах 23. Для подачи термопластичной массы 24 полиэтилена служит шнековый насос 25, при вод которого содержит газовую турбину 26 и волновой редуктор 27. Термопластичная масса 24 имеет возможность экструдировать через решетку 28 в газификатор 29, куда поступают также продукты разложения 30 перекиси водорода из турбины 26,

Агрегаты ракеты-носителя в совокупности функционируют следующим образом.

В момент старта длина топливного отсека 2 составляет Н 15R, Эта величина определяется из условия прочности многослойной полиэтиленовой оболочки 2 на разрыв под действием изгибающего момента осуществляется посредством полной разгрузки многослойной оболочки 18, устойчивость которой на продольный изгиб возрастает в 5..,6 раз под действием внутреннего давления. В процессе полета осуществляется наддув свободного объема 4, причем величина давления меняется по заданному закону так, что сила, действующая на днище головного блока 1, превышает на постоянную величину в несколько десятков тонн осевую силу, вызванную весом и скоростным напором. Силовое замыкание обеспечивается через трубчатую ферму 13 карусельного агрегата 5, которая соединена при помощи упорной опоры 6 с днищем головного блока 1 и жестко связана с полым полиэтиленовым винтом 7, сопряженным в свою очередь с неподвижной гайкой 8, смонтированной на днище 9 топливного отсека 2. Таким образом, в полете обеспечивается постоянное натяжение полиэтиленового винта 7, исключающее его прогиб. Укорачивание топливного отсека 2 осуществляется посредством карусельного агрегата 5, по окружности которого установлены два отрезных ножа 14 и вертикальные радиусные роликовые опоры 15, а также горизонтальные роликовые опоры 16, огибаемые многослойными ветвями полиэтиленовой ленты 10. В процессе работы на опоры 15 (рабочие блоки) действует тангенциальная

сила, равная массе (порядка 10...50 т) спадающих по полному винту 7 ветвей ленты 10 и, следовательно, крутящий момент на карусель 13. Полиэтиленовый винт 7 жестко связанный с каруселью 13 также вращается и будучи сопряженным с гайкой 8, перемещает карусельный агрегат 5 и, соединенный с ним при помощи упорной опоры 6 головной блок 1 сверху вниз, вдоль непрерывно укорачиваемого корпуса 2. При этом траектория движения отрезных ножей 14 представляет собой двухзаходную винтовую спираль. При подрезе полиэтиленовой оболочки 18 образуются две многослойные ветви ленты, причем линии отреза совпадают с соответствующими краями двухзаход- ной ленточной обмотки 19. Многослойные ветви 10 ленты имеют ширину равную половине толщины многослойной оболочки 2 и при заходе в полый винт 7, образуют совмещенную ветвь 10, имеющую в сечении квадрат со стороной, равной 0,12Р. Шаг резьбы винта 7 равен шагу намотки полиэтиленовой ленты 19. Центрирование карусельного агрегата 5 осуществляется при помощи роликовых опор 17, которые обкатывают внутреннюю поверхность топливного отсека 2.

Передача винт 7 - гайка 8 выполнена гидростатической, причем в качестве рабочей жидкости в ней используется вода под давлением, превышающим давление столба перекиси водорода, что исключает утечки и проникновение последней в газификатор.

Работа газификатора 11 реализована по следующей схеме. Ветви полиэтиленовой ленты 10 поступают по полому полиэтиленовому винту 7 в расслоитель 21. В него вмонтирован пластинчатый статор линейного асинхронного двигателя 22, бегущее магнитное поле которого, взаимодействуя с алюминиевым покрытием каждого из слоев полиэтиленовой ленты 10, осуществляет их под натяжку и поступление в тепловую зону, длина которой будет в пределах нескольких метров. Это оказывается возможным (с учетом высокой скорости поступления ленты 10, составляющей 10...40 м/с), благодаря большой поверхности теплопередач. Перевод полиэтилена в термопластичное состояние происходит за счет тепловой энергии разложения перекиси водорода 3 в камерах 23 с последующим поступлением высокотемпературных продуктов разложения в тепловую зону, где они направляются на расслоенные ветви полиэтиленовой ленты 10. Термопластичная масса 24 экструдиру- ется посредством шнекового насоса 25 через решетку 28 с окнами шириной 0,3...0,6 мм в газификационную камеру 29, При этом площадь теплопередачи увеличивается еще

в несколько раз, что необходимо, так как скорость газификации полиэтилена по сечению постоянна, мала и составляет примерно 2 мм/сек. Давление этилена в камере 29 5 равно 25...50 МПа, откуда он и поступает в ЖРД 12. Привод шнекового насоса 25 состоит из газовой турбины 26, которая соединена с последним при помощи волнового редуктора 27. Работа турбины осуществля0 ется за счет газогенерации перекиси водорода. После прохождения через лопатки турбины 26 высокотемпературные продукты разложения 30 поступают в газификационную камеру 29. Полиэтиленовый винт 7, по5 ступая в газификатор 11 со скоростью 0,5...1,5 м/с, подвергается резке механическим или тепловым путем, после чего кусковой полиэтилен плавится и газифицируется. Предусмотрев парашютирование стар0 товой связки ЖРД 12, а также демонтаж и снятие с орбиты разгонных ЖРД и газификатора 11, можно обеспечить их повторное использование и многоразовость системы в целом.

5 Таким образом, ракета-носитель с непрерывным отбросом массы позволит при стартовой массе порядка 10000 т выводить на орбиту полезный груз в 300...350 т, т.е. в 2.5...3 раза больший, чем известной раке0 той Сатурн У, имеющей аналогичные габариты.

Формула изобретения 1. Ракета-носитель с непрерывным отбросом массы на гибридном топливе, содер5 жащая головной блок, топливный отсек с окислителем, стенки которого выполнены из пластического материала, карусельный агрегат для укорочения топливного отсека, винт, кинематически связывающий подвиж0 ное и неподвижное днища топливного отсека, жидкостные ракетные двигатели и газификатор, отличающаяся тем, что, с целью улучшения массово-энергетических характеристик, топливный отсек заправлен

5 перекисью водорода и выполнен в виде мягкой полиэтиленовой многослойной цилиндрической оболочки, в свободном объеме которой установлен карусельный агрегат в виде трубчатой фермы с размещенными по

0 окружности последней отрезными ножами и вертикальными рабочими блоками и установленными в центре карусельного агрегата горизонтальными направляющими блоками, с верхнего днища отсека сквозь

5 полый винт пропущены ветви полиэтиленовой ленты, при этом винт выполнен из полиэтилена и жестко связан с трубчатой фермой и сопряжен с неподвижной гайкой, смонтированной на нижнем днище топливного отсека на входе в газификатор, при этом

газификатор выполнен в виде нагревателя, шнекового насоса, экструдиационной решетки и газификационной камеры, вершина трубчатой фермы карусельного агрегата соединена посредством упорной опоры вращения с днищем головного блока, который сопряжен с топливным отсеком с возможностью продольного перемещения вдоль корпуса ракеты-носителя.

2. Ракета-носитель по п. отличающаяся тем, что, с целью уменьшения силы резания, а также улучшения технологичности конструкции, часть мягкой полиэтиленовой многослойной оболочки по толщине А-/

0

выполнена в виде винтовой обмотки из полиэтиленовой ленты с числом заходов не менее двух.

3. Ракета-носитель по п. 1, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что, с целью уравновешивания веса головного блока, а также обеспечения на винте необходимого растягивающего усилия, топливный отсек оснащен системой наддува.

4. Ракета-носитель по п. 1, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что, с целью предотвращения утечек перекиси водорода через передачу винт-гайка, последняя выполнена гидростатической.

Фиг. 4

Фиг. 5

Изобретение относится к ракетно-кос- мической технике, а более конкретно к устройству ракет-носителей сверх тяжелого класса. Цель изобретения -улучшение массово-энергетических характеристик. Ракета-носитель содержит головной блок 1, сопряженный с возможностью продольного перемещения с топливным отсеком 2, в котором размещена перекись водорода 3, и представляющий собой мягкую многослойную цилиндрическую оболочку из полиэтилена, укорачивание которой в процессе полета осуществляется посредством карусельного агрегата 5, размещенного в свободном объеме 4 и выполненного из трубчатой фермы, по окружности которой расположены отрезные ножи, рабочие блоки, а также направляющие блоки, огибаемые ветвями полиэтиленовой ленты, образованной при укорачивании, пропущенными сквозь полый винт 7, жестко связанный с фермой и сопряженный с гайкой 8, смонтированной на нижнем днище 9 на входе в газификатор 11, из которого полиэтилен после его газификации поступает в жидкостный ракетный двигатель 12. 3 з.п. ф-лы, 5 ил. СО с