Реферат. И. А. Кузьменко, О. Л. Прусова Введение в ракетнокосмическую технику метод указания Минобр науки России, Омгту сост ас. Клинышков, А. Л. Ахтулов, И. А. Кузьмен ко, О. Л. Прусова. Омск Издво Омгту, 20
 Скачать 3.28 Mb.
|
|
4. Какую форму может иметь корпус головной части (рис. 2.1)? 5. Что учитывают при выборе формы корпуса головной части (4 критерия. Какая форма корпуса головной части лучше – для размещения полезной нагрузки большого объема 35 – сточки зрения аэродинамического нагрева – сточки зрения аэродинамического сопротивления – по массе и габаритам – для боевых ракет сточки зрения радиоотражательной способности ими- нимального ионизированного следа за головной частью 7. Назвать, какие формы имеют корпусы головных частей, изображенные на рис. 2.2. 8. Рассказать про состав головной части (рис. 2.3). 9. Подробно рассказать про наконечник головной части. 10. Подробно рассказать про корпус головной части, те. про головной обтекатель. Подробно рассказать про днище головной части. 12. Рассказать про управляемые и неуправляемые головные части баллистических ракет (рис. 2.4, 2.5). 13. Какие существуют способы преодоления средств ПРО баллистическими ракетами 14. Рассказать про конструктивные схемы разделяющихся головных частей баллистических ракет (рис. 2.6). 15. Рассказать способы сброса головного обтекателя (рис. 2.7). 16. Рассказать про силовую оболочку корпуса головной части (рис. 2.8) 17. Рассказать про сброс головного обтекателя крупногабаритных ракет. 18. Перечислить способы крепления створок головного обтекателя. Лабораторная работа № 3 КОНСТРУКЦИЯ СУХИХ ОТСЕКОВ РАКЕТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Цель работы Изучить 1) классификацию сухих отсеков ракетных летательных аппаратов 2) назначение, расположение и конструкцию приборных отсеков 3) назначение, варианты конструктивного исполнения и способы сброса переходного (промежуточного) отсека 4) назначение и конструкцию силового кольца 5) назначение и конструкцию межбакового отсека 6) назначение и конструкцию хвостового отсека. 36 КЛАССИФИКАЦИЯ СУХИХ ОТСЕКОВ РАКЕТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ К сухим отсекам принято относить все небаковые конструкции корпуса ракеты, кроме ферменных конструкций и крепежных рам. Корпусы небаковых отсеков имеют много общего в конструктивном оформлении. Это подкрепленные оболочки, воспринимающие эквивалентную осевую сжимающую силу и внешнее аэродинамическое давление. В практике проектирования под сухими подразумеваются отсеки, предназначенные для размещения приборов, систем управления, двигателей и др. Ввиду различного назначения они имеют свои особенности в конструктивно-силовых схемах. Сухие отсеки можно классифицировать по месту расположения, по назначению, по конструкции и по форме (рис. 3.1). Рис. 3.1. Классификация сухих отсеков ракетных летательных аппаратов По месту расположения сухие отсеки разделяются на отсеки верхней части ракеты, отсеки средней части ракеты и отсеки нижней части ракеты. В верхней части ракеты (рис. 3.2) располагают оборудование, контейнер с научной аппаратурой, приборы и аппаратуру системы управления и устройства связи. Характерным для этих отсеков является отсутствие у них переменных масс, расходуемых на активном участке полета. В отсеках средней части ракеты (рис. 3.3) или межбаковых (переходных) отсеках могут располагаться оборудование, приборы управления, научная аппаратура и другие постоянные по массе грузы. Иногда отсек средней части служит просто соединительным звеном (например, между верхними нижним баками – межбаковый, между высшей и низшей ступенью многоступенчатой ракеты – переходный) и не содержит каких-либо постоянных или переменных масс. Рис. 3.2. Схема сухого отсека, расположенного в верхней части ракеты 1 – головная часть 2 – приборный отсек Рис. 3.3. Схема сухого отсека, расположенного в средней части ракеты 1 – головная часть 2 – верхний несущий бак 3 – межбаковый отсек Отсеками нижней части (рис. 3.4) ракеты – хвостовыми – могут быть двигательный отсек или отсек оборудования и приборов управления. Характерным для этих отсеков является то, что они расположены под главными расходуемыми массами горючего и окислителя. 38 Рис. 3.4. Схема сухого отсека, расположенного в нижней части ракеты 1 – приборный отсек По назначению отсеки могут быть приборными, межбаковыми (переходными) и двигательными. По конструкции различают сухие отсеки,представляющие собой подкрепленную или неподкрепленную оболочку. Неподкрепленные оболочки корпуса отсека представляют собой обшивку из гладкого листового материала без силового набора (стрингеров и промежуточных шпангоутов. Они самые простые по конструкции и недороги в изготовлении. Но из-за малой эффективности применяются только для коротких цилиндрических переходных участков (рис. 3.5). Отсеки стрингерной (рис. 3.6) и лонжеронной конструкции отличаются между собой условиями восприятия нагрузки. Стрингерные не допускают потери устойчивости обшивки между стрингерами и шпангоутами, а в лонжерон- ной работают в основном лонжероны с прилегающей к ним обшивкой. По внешнему виду эти конструкции очень схожи, так как лонжероны – это усиленные стрингеры; ставятся они значительно реже, а обшивка более тонкая, чему стрингерных конструкций. 39 Рис. 3.5. Конструктивное исполнение отсека с неподкрепленной (гладкой) оболочкой 1 – обшивка 2 – шпангоут стыковочный 3 – люк 4 – штырь 5 – заклепка 6 – винт Рис. 3.6. Вариант исполнения конического отсека стрингерной конструкции 1 – обшивка 2 – стрингер типовой 3 – стрингер обшивочный 4 – шпангоут промежуточный 5 – шпангоут стыковой 6 – люк 7 – заклепка 8 – штырь 9 – теплозащитное покрытие Отсеки монолитной (панельной) конструкции изготавливаются из отдельных панелей – вафельных или стрингерных, выполняемых как одно целое (рис. 3.7). Панели стрингерного типа изготавливаются прессованием, а вафельного – химическим травлением, механическим или электрохимическим фрезерованием. Материал панелей – в основном алюминиевые сплавы. 40 В последние годы широкое распространение получили гофрированные конструкции оболочек отсеков, являющиеся наиболее рациональной конструкцией при малых сжимающих усилиях. У таких отсеков обшивка существенно подкреплена (рис. 3.8 ириса) и поэтому не теряет устойчивости. Гофрированная конструкция изготавливается из листов алюминиевых сплавов или коррозионно-стойких сталей. Обычно гофры бывают трапецеидальной или синусоидальной формы (см. рис. 3.8). Такая конструкция обшивки чаще всего требует подкрепления мощными балками. Рис. 3.7. Варианты конструктивного исполнения монолитных панелей оболочек отсеков а – стрингерного типа б – вафельной конструкции 1 – шпангоут стыковочный 2 – сварной шов 3 – панель вафельная Рис. 3.8. Принципиальная схема (аи варианты исполнения (б – г) гофрированной конструкции обшивки 1 и 3 – обшивка 2 – гофр 4 – стрингер усиленный 41 Отсеки с многослойной конструкцией обшивки (рис. 3.9) при достаточно высокой прочности и жесткости и малой массе также обладают высокими технологическими свойствами. Особенно эффективны трехслойные панели с сотовым заполнителем (рис. 3.9, в. Сотовая конструкция состоит из двух листовых обшивок, сваренных или склеенных с шестигранным или квадратным сотовым заполнителем, изготовленным из коррозионно-стойкой стали или алюминиевого сплава. Перспективны многослойные конструкции из композиционных материалов. Рис. 3.9. Конструкция трехслойных оболочек с заполнением в виде а – однослойного гофра б – швеллера в – сот 1 – внешняя обшивка 2 – гофр 3 – внутренняя обшивка 4 – швеллер 5 – соты По форме отсеки представляют собой тонкостенные цилиндрические или конические оболочки. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИБОРНЫХ ОТСЕКОВ Приборный отсек предназначен для размещения приборов и аппаратуры, обеспечивающих управляемый полет ракеты, а также источников питания. Приборные отсеки на ракетах располагаются по-разному (рис. 3.2–3.4), но их расположение в силовой схеме ракетного летательного аппарата и конструкция должны способствовать нормальной работе приборов и аппаратуры. Поэтому они, как правило, располагаются между головной частью и ракетным блоком последнеймаршевой ступени (рис. 3.2). 42 В зависимости от соотношения диаметровкорпусов головной части и ракетного блока отсек может иметь цилиндрическуюформу или форму усеченного конуса. На рис. 3.10 приведена конструктивная схема корпуса приборного отсека. Обычно корпус приборного отсека представляет собой конструкцию стрингерно-шпангоутного типа. Внутри корпуса на каркасе рамного типа, который является силовой частью конструкции, размещаются приборы и аппаратура (рис. 3.11). Рис. 3.10. Конструктивная схема корпуса герметичного приборного отсека с прикрепленной оболочкой 1 – верхнее днище 2 – обшивка 3 – шпангоут промежуточный 4 – стрингер; 5 – нижнее днище 6 и 7 – крепежно-стыковочные узлы Особенностью конструкции приборного отсека являются достаточно большой площади люки, необходимые для свободного доступа к приборами аппаратуре как при монтаже, таки при предстартовом обслуживании. Приборные отсеки могут быть герметичными (рис. 3.10) и негерметичными (рис. 3.11). Герметичный отсек имеет днища, обеспечивающие его изоляцию от окружающей среды. К особенностям герметичного отсека следует отнести также наличие весьма жестких, часто литых крышек люков, так как только такие крышки создают достаточную надежность герметизации. Для ее обеспечения крышки снабжают весьма сложными запорными устройствами. Такой отсек требует ряда испытаний на герметичность, что сильно усложняет процесс изготовления. Таким образом, все отличительные особенности связаны стем, что 43 герметичный отсек оказывается значительно тяжелее и дороже в производстве, чем негерметичный. Но очевидны и преимущества герметичного отсека он создает наилучшие условия работы приборов вовремя полета, обеспечивающие высокую боеготовность ракеты, и способствует повышению точности полета. Рис. 3.11. Конструктивная схема негерметичного приборного отсека Негерметичный отсек проще по конструкции, а для нормализации работы приборов и аппаратуры в полете требуется их индивидуальная герметизация. КОНСТРУКЦИИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ОТСЕКОВ Переходной отсек многоступенчатой ракеты прежде всего играет роль защитного кожуха-обтекателя соплового блока ступени. Он необходим при транспортировке ракеты, так как предохраняет от повреждений элементы органов управления и другие детали соплового блока. При прохождении плотных слоев атмосферы снижает аэродинамическое сопротивление ракеты, так как образует требуемые обводы. Кроме того, этот отсек предназначен для восприятия осевых нагрузок, передающихся от последней ступени к предыдущей. После разделения ступеней, так как переходной отсек в безвоздушном пространстве оказывается ненужным, он сбрасывается. Отделение отсека может происходить двумя способами. Один из них предусматривает так называемое чулочное отделение отсек снимается с соплового блока и остается с предыдущей ступенью. В другом случае отсек состоит из нескольких панелей, соединенных замками, и сбрасывается после отделения ступени, разделяясь при этом на несколько частей, отстреливаемых в радиальном направлении специальными пиросредствами (по аналогии с разделением головного обтекателя на две створки. 44 Конструкция переходного отсека зависит также и т способа разделения ступеней. Так, при горячем разделении, когда двигатель последующей ступени включается раньше, чем происходит разделение, отсек должен иметь для выхода газов люки с легко выбиваемыми газовой струей крышками или переходную ферму (риса. При холодном разделении таких дополнительных элементов не требуется, и корпус отсека выполняется сплошным (рис. 3.12, б. На риса представлена схема корпуса переходного отсека стрингерно-шпангоутного типа. Рис. 3.12. Принципиальная схема конструкций переходных отсеков а – при горячем и б – при холодном разделении ступеней Рис. 3.13. Варианты конструктивного исполнения переходных отсеков а – каркасной конструкции 1 – люк 2 – штырь 3 – шпангоут передний стыковочный 4 – обшивка 5 – шпангоут задний стыковочный б – ферменной конструкции 1 – штырь 2 – фитинг 3 – стержень 4 – пята 45 В сильно нагруженных равномерной или несимметричной нагрузкой коротких переходных отсеках их роль выполняют силовые кольца, необходимость применения которых вызывается или механическими ограничениями, или требованиями более благоприятного распределения усилий по корпусу ракеты. В многокамерной двигательной установке кольца являются силовой рамой для крепления двигателя. В гипотетической ракете применение силового кольца на стыке с топливным баком позволяет значительно уменьшить площадь поперечного сечения стыковочного шпангоута бака и передавать нагрузку на бак более равномерно. Конструкция силового кольца (рис. 3.14) включает шпангоуты верхнего и нижнего силового наборов, связанные с помощью обшивок, имеющих продольный набор в виде стрингеров. Рис. 3.14. Конструкция силового кольца 1 – шпангоут 2 – диафрагма 3 – продольные силовые элементы 4 – обшивка Внутри кольца (по местам приложения сосредоточенных усилий) установлены диафрагмы, которые соединены с обшивками контура кольца и обеспечивают сохранение формы его сечения. КОНСТРУКЦИЯМ ЕЖ БАКОВОГО ОТСЕКА Межбаковый отсек – это переходной отсек, служащий для соединения водно целое топливных баков одноступенчатой ракеты или ракетного блока многоступенчатой ракеты. Межбаковый отсек может использоваться для размещения приборов и аппаратуры (рис. 3.2) или для обеспечения межбаковой изоляции (рис. 3.3) или может вообще отсутствовать при совмещенном днище. 46 Корпус межбакового отсека (риса) имеет конструкцию, характерную для отсека, нагруженного распределенными усилиями, и состоит из обшивки, промежуточных и торцевых шпангоутов и стрингеров, образующих поперечный и продольный силовые наборы соответственно (характерная конструкция стрингерно-шпангоутного типа. Рис. 3.15. Конструктивно-силовая схема корпуса межбакового отсека а – общий вид б ив внутренний и наружный продольные силовые наборы г – схема люка 1 – стрингер; 2 – шпангоут стыковочный 3 – шпангоут промежуточный обшивка 5 – крышка люка 6 – окантовка 47 Продольный набор корпуса межбакового отсека располагается, в основном, на внутренней стороне обшивки (рис. 3.15, б, что предпочтительно сточки зрения аэродинамики, нагрева конструкции в полете и условий нагружения участков стрингеров, примыкающих к торцевым (стыковочным) шпангоутам в виде фланцев. Существуют также конструкции, у которых стрингеры расположены снаружи (рис. 3.15, в. Для более равномерного распределения нагрузки на конструкцию и повышения жесткости стрингерного узла фланец стыковочного шпангоута чаще всего подкрепляют фитингами, которые крепятся к стрингерам и обшивке. Промежуточные шпангоуты соединяются со стринге- рами, но их крепление к обшивке необязательно (рис. 3.15, б. КОНСТРУКЦИИ ХВОСТОВОГО ОТСЕКА Хвостовой отсек, переходной отсек первой ступени, служит для размещения двигателей, систем и агрегатов двигательной установки, а также для установки ракеты и восприятия нагрузок от стартового устройства и несет стабилизаторы, если они предусмотрены конструкцией. Корпус хвостового отсека по направлению передачи усилий стартового устройства имеет дополнительные достаточно жесткие продольные элементы. При этом геометрические размеры и конструктивно-силовая схема корпуса определяются количеством, типом, способом крепления и взаимной компоновкой двигателей необходимостью защиты сопел двигателей от скоростного напора − способом управления полетом ракетного летательного аппарата − количеством и месторасположением стартовых опор или силовых связей ракетных блоков в схеме пакет − типом связей «Земля-борт»; − условиями исключения соударения ракеты со стартовыми сооружениями или ракетных блоков между собой при продольном разделении ступеней − прокладкой основных магистралей подачи компонентов топлива к двигателям. Кроме того, хвостовой отсек на кормовом срезе снабжается приемлемой конструкцией огневой донной защиты, предотвращающей проникновение внутрь отсека горячих газов, исходящих из сопел двигателей и отражающихся от стартового устройства. Все перечисленные устройства приводят к усложнению конструктивно-силовой схемы хвостового отсека (рис. 3.16). 48 Рис. 3.16. Схема крепления ракеты на стартовом сооружении с помощью переходной рамы 1 – корпус хвостового отсека ракеты 2 – переходная рама 3 – пусковое устройство 4 – плоскость разделения при старте ракеты 5 – замок По форме корпус хвостового отсека может быть цилиндрическим или в виде усеченного конуса, расширяющегося или сужающегося к кормовому срезу ракеты. Он может иметь длину, обеспечивающую полное закрытие сопел, либо может быть укороченным, прикрывающим сопла лишь частично рис. 3.17). Хвостовые отсеки в виде усеченного конуса, расширяющегося (сужающегося) к кормовому срезу ракеты, применяются в том случае, когда поперечный размер двигательной установки больше (меньше) диаметра корпуса ракеты. Кроме того, расширяющийся конический хвостовой отсек способен придать ракете достаточную степень статической устойчивости. В этом случае не требуется установки специальных стабилизаторов. Увеличение внешнего диаметра нижнего опорного шпангоута хвостового отсека повышает устойчивость ракеты на пусковом устройстве. 49 Рис. 3.17. Конструктивно-силовые схемы хвостовых отсеков, имеющих нормальную длину (аи укороченных (б 1 – корпус 2 – силовая рама крепления двигательной установки 3 – камера сгорания 4 – стабилизаторы 5 – донная защита В конструкцию хвостового отсека входит рама крепления двигателей рис. 3.18), на которую передаются также нагрузки от стабилизаторов и узлов стартовых опор. По конструкции хвостовой отсек состоит из трех каркасных корпусов (рис. 3.18): – внешнего, который воспринимает стартовые нагрузки – кольцевой рамы, к которой крепятся двигатели – соединенного с кольцевой рамой конического переходника крепления донной защиты. 50 а б Рис. 3.18. Принципиальная схема корпуса хвостового отсека первой ступени ракеты с восемью камерами сгорания а – кольцевое и б – крестообразное расположение двигателей р – плоскость опорных пят Особенностью силового нагружения внешнего корпуса хвостового отсека является то, что кроме осевых сил и изгибающих моментов на него действуют внешнее газодинамическое давление, обусловленное взаимодействием струи работающих двигателей между собой и со стартовым оборудованием, и нагрузки, вызванные акустическим полем газовой струи. Это нагружение хвостового отсека приводит к необходимости усиления элементами продольного силового набора, который рассчитывается с учетом внешнего избыточного давления. В коротких хвостовых отсеках над опорными пятами располагают усиленный стрингер или фитинг с необходимой площадью сечения на всю длину корпуса. В этом случае распределение силы осуществляется на корпусе последующего отсека. Если хвостовой отсек имеет значительную длину, то с помощью фитин- гов и усилением обшивки в зоне приложения сосредоточенной нагрузки силу распределяют по его длине. 51 На внешнем корпусе хвостового отсека на многих ракетах устанавливаются обтекатели сопел двигателей для уменьшения нагрузок на сопла и рулевой привод (при использовании двигателя для управления полетом. Хвостовые отсеки с цилиндрическим корпусом имеют стабилизаторы, которые располагаются на внешнем корпусе в наиболее жестких местах, например на шпангоутах или силовой раме. Конструктивно многие узлы корпуса хвостового отсека соответствуют конструкции переходного отсека. Донную защиту (днище) применяют в хвостовых отсеках с замкнутым объемом и при выборе ее исходят – из условия обеспечения ее минимальной массы, – характера и направления действия нагрузок, – структуры двигательной установки, – влияния формы днища на газодинамические характеристики ракеты. Конструкция силовой части днища представляет собой обшивку, подкрепленную радиальными кольцевым силовым набором, а для днищ большой поверхности трехслойную оболочку клепаной или сварной конструкции. Наиболее сложным узлом в конструкции днища является узел сопряжения его с двигателем (рис. 3.19 и 3.20). КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ДВИГАТЕЛЬНЫХ ОТСЕКОВ Двигательный отсек представляет собой часть ракеты (ступени, в которой расположен ракетный двигатель и связанные с ним установки, системы и агрегаты (рис. 3.4). Так как двигатель может находиться в различных частях корпуса ракеты и даже вне корпуса или может быть утоплен в баке, то двигательные отсеки оказывают сильное влияние на конструктивные особенности ракетных летательных аппаратов, связанные с наличием различных типов двигательных установок, их креплением, эксплуатацией, расположением и т. п. 52 Рис. 3.19. Конструктивное исполнение донного теплозащитного экрана и уплотнения двигателя 1 – внешний слой экрана 2 – средний слой 3 – силовая оболочка 4 – эластичный уплотняющий элемент 53 Рис. 3.20. Конструктивное исполнение уплотнения между донной защитой и неподвижным (а, поворотным (б) двигателями 1 – донная защита 2 – камера сгорания двигателя 3 – эластичный элемент 4 – уплотняющий элемент 5 – направление отклонения двигателя Контрольные вопросы 1. Какие отсеки относят к сухим Что сухие отсеки представляют собой 2. Какие классификации сухих отсеков РЛА существуют Охарактеризовать виды сухих отсеков по одной из классификаций (по заданию преподавателя. 3. Какие бывают сухие отсеки по месту расположения на ракетном летательном аппарате Рассказать про каждый вид подробно (можно использовать рис. 3.2–3.4). 54 4. Рассказать про сухие отсеки с неподкрепленным корпусом (использовать рис. 3.5). 5. Рассказать про сухие отсеки стрингерной и лонжеронной конструкции использовать рис. 3.6). 6. Рассказать про сухие отсеки монолитной конструкции (использовать рис. 3.7). 7. Рассказать про сухие отсеки гофрированной конструкции (использовать рис. 3.8). 8. Рассказать про сухие отсеки многослойной конструкции (использовать рис. 3.9). 9. Рассказать о назначении и расположении приборных отсеков на ракетных летательных аппаратах (можно использовать рис. 3.2–3.4). 10. Рассказать проформу и конструкцию приборных отсеков. 11. Рассказать про герметичные и негерметичные приборные отсеки (использовать рис. 3.10, 3.11). 12. Каково назначение переходных (промежуточных) отсеков 13. Рассказать про отделение переходного отсека от ракетного летательного аппарата (в какой момент полета и какими способами происходит. 14. Какие бывают конструкции переходного отсека в зависимости от способа разделения ступеней (использовать рис. 3.12, 3.13). 15. Рассказать про силовые кольца, применяемые вместо переходных отсеков (использовать рис. 3.14, 3.18). 16. Каково назначение межбакового отсека |