Многоразовый транспортный воздушно-космический аппарат Советский патент 1992 года по МПК B64G1/44 

старт-МВКА.- вертикальный, посадка транспортного корабля - горизонтальная. Недостатками указанного МВКА являются:-применение на первой ступени твердотопливных двигателей снижает импульс двигательной установки и энер гетическую отдачу МВКА; -ограниченный диапазон азимутов запуска МПКА; -вогможность падения на Землю остатков несгоревшей конструкции внешне го топливного бака одноразового применения, что представляет серьезную опасность; -для вертикального старта МВКА требуется большая тягогзооруженность (1,5), что усложняет компоновку аппа рата и требует создания сложного, гро моздкого и дорогостоящего стартового комплекса; -низкое аэродинамическое качество транспортного корабля в широком диапазоне скоростей полета приводит к тому, что транспортный корабль имеет ограниченный маневр и не обеспечит в случае необходимости спуск с любого витка орбиты с посадкой на своей территории;-сложность эксплуатации МВКА; -низкая оперативность подготовки МВКА к применению; -низкая конструктивно-технологическая преемственность МВКА для разра ботки аппаратов такого типа второго и последующих поколений о. Наиболее близким из известных технических решений является многоразова воздушно-космическая система (МВКС), содержащая двухступенчатый разгонный блок и транспортный космический корабль (ТКК), где обе. ступени и ТКК со держат корпус-крыло, основную и вспо- g в

могательную двигательные установки, аэродинамические поверхности стабилизации и управления, систему управления, топливные баки, бортовую энергетическую установку и отсек полезной Нагрузки, кабину экипажа и шасси„ Обе тупени выполнены в форме полудисков, а ТКК - в форме диска, при этом верхняя плоская поверхность корпуса-крыла первой ступени состыкована с нижней плоской поверхностью корпуса-крыла второй ступени, а ТКК установлен в центре корпуса крыла второй ступени на подвешенных к нему сбрасываемых оси между кольцевой фермой и продольными фермами

Кроме того, активные элементы бортовой энергетической установки размещены На верхней поверхности корпусакрыла, ограниченной контуром кольцевой фермы, и закрыты поворотными крышками .

На фигс 1 схематично изображен многоразовый транспортный воздушно-космический аппарат (MTRKA) вид сверху; на Ьигс 2 - то же, вид снизу; на фиг« 3 то же, вид сзади; на фиг. .- то же, вид сбоку; на фиг. 5 - то «е, вид спетопливных баках, которые yctaнoвлeньi на выдвижной платформе, поверхность которой идентична верхнему внешнему контуру корпуса-крыла второй ступени. Недостатками указанной системы являются:-трудности обеспечения высокой эксплуатационной надежности, обусловленные как трехступенчатой схемой МВКС, так и конструктивным отличием ступеней и увеличением соответствующей им номенклатуры двигателей, агрегатов и систем; -сложность эксплуатации, обусловленная трудностями подготовки и обслуживания такой системы в связи с установкой на ступенях и ТКК широкой номенклатуры двигателей, оборудования, аппаратуры и использования различных компонентов топлива, что приводит к существенному увеличению времени подготовки МВКС к применению; - необходимость иметь аэродромы или посадочные площадки для вторых ступеней, где после посадки производится их осмотр, дозаправка топливом для вспомогательных турбореактивных двигателей и перегон на базу (космодром). Цель изобретения - повышение оперативности выведения полезной нагрузки на орбиту, повышение надежности и улучшения эксплуатационных характеристик. Указанная цель достигается .тем, что силовой набор корпуса-крыла выполнен в виде кольцевой фермы и связанных с ней продольных ферм, к которым прикреплены стрингеры с обшивкой Топливные баки основной двигательной установки выполнены цилиндрическими и расположены внутри конту эа кольцевой фермы между продольными фермами. Отсек полезной нагрузки расположен передней части корпуса-крыла по его реди; на фиг, 6 - схематично изображена конструктивно-силовая схема аппа рата; на фиг, 7 - разрез А-А на фиг„6 на фиг„ 8 - разрез Б-Б на фиг 6; на фиг. 9 - двигательная установка, вид В на фиг„ 6 о Многоразовый транспортный воздушно-космический аппарат включает корпу 1J выполненный в форме единого, неразъемного в полете круглого диска. В центральной масти аппарата, где он имеет максимальную и постоянную толщи ну профиля, вдоль продольной оси расположен отсек полезной нагрузки 2, перед кабиной экипажа 3 Отсек полезной нагрузки закрывается створками k, На верхней поверхности аппарата, в кормовой масти, вдоль продольной оси установлен киль 3 с трехсекционным ру лем поворота 6„ Нижняя поверхность киля 5 имеет профилированный вырез (фиго ,7)„ У задней кромки корпуса-крыла аппарата симметрично относительно продольной оси установлены четырехсекционные элевоны 7 для управления по крену и тангажу в плотных слоях атмосферы Кабина 3 включает два отсека (фиго 6,7) - одноэтажный отсек 8 космонавтов-пилотов и двухэтажный отсек 9 для работы космонавтов-исследователей и отдыха экипажа, который связан через переходный тоннель 10 с отсеком полезной нагрузкио На верхней поверхности аппарата (фиго 6, 7) между кабиной экипажа и отсеком полезной нагрузки расположен стыковочный узел 11 для стыковки на орбите с другими космическими объектами, который через шлюзовую камеру 12 связан с переходным тонйелем 10,, В корпусе-крыле аппарата, у задней кромки, выполнен симметрично относительно продольной оси вырез, где установлены в кардановых подвесах основные (маршевые) двигатели, например, ЖРД На компонентах жидкий водород + жидкий кислород, при этом меаду двигателями с изменяющейся в полете стапенью рас шире«ия сопла 13 в одном ряду установлены и двигатели 1 с постоянной степенью расширения сопла В блоке основной двигательной установки размещены двигатели 15 для маневра в космосе и в верхних слоях атмосферы, а так«{е для схода с орбиты; кроме того, здесь же установлены два блока вспомогательных двигателей малой тяги 1$, ко 86 торые, в целях повышения надежности МТВКА, сдублированы и разнесены симметрично относительно продольной оси и служат для ориентации и стабилизации аппарата в космосе и в верхних слоях атмосферы, соответственно по тангажу 17, по рысканию - 18 и верньерные двигатели малой тяги 19, в целях повыше- ния эффективности ориентации и стабилизации аппарата по крену и уменьше-ния расхода топлива, двигатели малой тяги 20 разнесены относительно про- : дольной оси к периЛерии корпуса-крыг ла (фиг 6)о Лля обеспечения надежной и йффективной автономной транспортировки МТВКА (по самолетному) с завода на космодром или при перебазировании с одной базы на другую, а также для отработки первого этапа летных испытаний МТВКА на дозвуковых скоростях служат вспомогательные съемные турбореактивные двигатели 21, которые устанавливают в кормовой части аппарата, под центральным дницем, симметрично относительно продольной оси (фиг„2,7). Лля программной стабилизации центра тяжести МТВКА в полете, а .также для удобства размещения оборудования, аппаратуры, систем и коммуникаций, цилиндрические топливные баки жидкого водорода 22 для основных (маршевых) двигателей смонтированы внутри силовой кольцевой фермы(где аппарат имеет максимальную толщину корпуса-крыла) параллельно продольной оси, при этом расходный бак жидкого водорода 23 установлен непосредственно за отсеком полезной нагрузки, баки окислителя (жидкого кислорода) 2А для основных двигателей установлены внутри конической части корпуса-крыла симметрично относительно вертикальной оси аппарата, при этом два бака окислителя 25 установлены симметрично относительно продольной оси аппарата между кабиной экипажа, передними нишами шасси и силовой кольцевой фермой. Для снабжения топливом двигателей маневра в космосе и спуска с орбиты установлены баки 26, а для снабжения топливом двигателей малой тяги ориентации и стабилизации аппарата установлены баки соответственно: для двигателей ориентации и стабилизации по тангажу, расканию и для верньерных вигателей - баки 27, для двигателей 7862 ориентации и стабилизации по крену баки 28. Различные комплекты топливных баков 29 (на различные дальности полета) для вспомогательных съемных ТРДД устанавливаются в сегментных объемах между крайними водородными баками .2 и участком кольцевой силовой фермы, Лля предохранения двигателей основной и вспомогательной двигательных установок от горячих газов при . спуске МТВКА с орбиты служит четырехсекционный щиток 30 который установлен снизу в вырезе кормовой части аппарата и закреплен на силовой ферме крепления основной двигательной установки. Щиток может эффективно применяться на взлете и посадке для увеличения подъемной силЫо Для посадки экипажа в кабину 3 слу жит люк 31, выполненный на верхней поверхности кабины Для лучшего обзора в полете на взлете и посадке в передней части кабины установлено жароупорное остекление 32 о МТВКА имеет четырехопорное шасси 33, которое обеспечивает стояночный угол атаки корпуса-крыла аппарата - 3 градуса (за счет разности высот амортизационных стоек шасси). Конструктивно силовая схема корпус крыла МТВКА включает продольный и пог перечный силовой набор, при этом весь продольно-поперечный набор разделен силовой кольцевой фермой 3 на два ти па: один заключен внутри кольцевой ( фермы и придает ей и всей конструкции высокую жесткость и прочность и включ ет продольные силовые фермы 35, которые установлены с обеих сторон отсека полезной нагрузки и расходного бака жидкого водорода от кабины до силовой конструкции отсека основной двигатель ной установки аппарата, а также - меж ду бакаг и жидкого водорода для основной двигательной установки; продольно поперечный силовой набор, к которому прикреплена обшивка центральной части корпуса аппарата, смонтирован внутри кольцевой фермы 3 с обеих ее сторон выполнен в форме стрингеров 36„ Второ тип продольно-поперечного набора уста новлен на конической части корпуса крьта аппарата и включает лучевые стрингеры 37 и шпангоуты 30« Продольные силовые фермы 35 включают полки 39, подкосы (О и подкрепляющие стойки , Лля уборки тележек шасси в корпусекрыле МТВКА выполнены ниши {2 Продольно-поперечный набор элевонов и вертикального опережения, как и у самолетов, включает лонжероны , стрингеры , нервюры kS, На верхней поверхности корпуса-крыла аппарата смонтированы крышки (створки) 6, представлйщие в плане форму сегментов, расположенных симмет-. рично относительно продольной оси аппарата , которые (например на орбите) поворачиваются вокруг осей l, открывая поверхности активных элементов А8, входящих в состав бортовой энергетической установки. Внутренний объем , расположенный на лериферии корпуса-крыла аппарата по обе стороны от кабины экипажа, служит для размещения лабораторнотехнологических, производственных и жилых отсеков (фиг. () Лля создания на МТВКА искусственной весомости при орбитальном полете используются явигатели малой тяги 19 (фиго 9), создающие момент вращения аппарата вокруг его вертикальной оси. Выбранная компоновка одноСтупенчатой схемы МТВКА обеспечивает ему высокие аэродинамические, летно-технические и эксплуатационные характеристики, что в сочетании с другими конструктивными решениями, применяемыми в данном предложении, позволит качественно улучшить важнейшие тактико-технические характеристики: -вследствие освобождения поверхности корпуса-крыла МТВКА от встроенных в нее рулей глубины и элеронов двусторонней схемы, турбулизирующих . возду1ЦНЬ1Й поток при своем отклонении на большей части эффективной поверхности корпуса-крыла, замены их элевонами и размещения их у задней кромки, улучшаются аэродинамические характеристики (уменьшается лобовое сопротивление, увеличивается несу111ая способность корпуса крыла и аэродинамическое качество на 15 и повышается эффективность рулей); -снимаются с повестки дня такие сложные вопросы, как разделение ступеней, их возвращение на базу или посадка на промежуточный аэродром по трассе запуска с последующим техническим осмотром и заправкой топливом для перебазирования на основную базу, что повышает надежность аппарата; - наличие в предлагаемом аппарате на периферии корпуса-крыла в перелней полусфере. больших объемов под лабора торно-технологические, произволственные и жилые отсеки в сочетании с уста новкой на верхней поверхности корпуса крыла аппарата активных элементов бор товой и энергетической установки для снабжения бортовой аппаратуры и оборудования практически нелимитированной электроэнергией на орбите, с учетом возможности создания искусственной весомостии получения перегрузки, близкой к земным условиям (0,7-1,0g), позволяет использовать МТВКА и в качестве рр итальной станции, значитель но повышая( его техническую и экономическую эффективность; - существенно улучшаются условия эксплуатации аппарата вследствие как уменьшения количества ступеней, так и отсутствия необходимости иметь для эксплуатации МТВКА штатные промежуточные аэродромы или специально подготовлеиные посадочные площадки, укомплектованные соответствующими штатами специалистов, комплектом специальг ного оборудования и аппаратуры и обеспечения соответствующими компонентами топлива, все это качественно повышает готовность к применению, мобильность и оперативность применения . НТВКА, -вследствие одноступенчатой схемы МТВКА затраты на разработку снижаются ориентировочно на 0%, -затраты на эксплуатацию МТВКА сокращаются ориентировочно в 2,5 раза;i -при раз(1) МТВКА можно будет использовать существующие образцы двигателей, оборудования и аппаратуры, хорошо себя зарекомендовав.шие в эксплуатации, что дополнительно снизит сроки и затраты на разработку; -предложение будет обладать хорошей конструктивной и технологической преемственностью (после его разработки) с учетом перспективы развития авиационно-космической техники, атомной и новейшей энергетики

4ff

фаг. f

2

4ff

42

30

Ф&е.

- , 13

J4

ЮООРО

V

/

0yg.J

и

л

I

Фш.4

««f

JJ

94