Варфоломеев В.И., Копытов М.И., Проектирование и испытания баллистиеских ракет, страница 7

Принципиальная конструктивно-компоновочная схема су. щественно влияет иа геометрические н массовые характеря. стнкн ракеты, находя отражение в коэффициентах весовых урзвненнй. Прн выббре ее необходимо принять решение о количестве ступеней,.способе их соединения, типе органов управления, системах разделения ступеней .и отделения боевой, части. Здесь же устанавливается взаимное распо; ложение отсеков и принципиальные схемы топливных от-' секов, Количество ступеней ракеты во многих случаях прини- мается априорно.

Так, межконтинентальные ракеты на жид- ком.топливе обычно имеют две ступени, атвердотопливные— три ~381. При очень легких боевых частях 'принципиально возмож-.' но создавать одноступенчатые' межконтинентальные ракеты с ЖРД н двухступенчатые. с:РДТТ. -Количество ступеней:у ракет.-носителей может доходить.до пяти и зависит от массы космического аппарата и характеристик. рабочей орбиты., иа которую;он выводится [38$ ~87).: М Конструктивно-компоновочные схемы составных ракетмогут иметь последовательное, параллельное и комбинированное соединение ступеней (391 Схема с последовательным соединением ступеней предполагает соосное расположение ступеней одна за другой; в литературе ее называют иногда схемой «с поперечным делением» или схемой «тандем». При прочих равных условиях ракеты с последовательным соединением ступеней имеют следующие достоинства: — хорошая компактность; — наименьшая, по сравнению с другими схемами, стартовая мас~а за счет простоты узлов сочленения и рациональности общей конструктивной формы; — сравнительно небольшие возмущения при разделении ступеней; — небольшое аэродинамическое лобовое сопротивление; — простое стартовое устройство в виде пускового стола; — легко разбираются на отдельные блоки (ступени) н также сравнительно просто собираются (стыкуются), что упрощает их транспортировку и подготовку к пуску.

К недостаткам тандемной схемы можно отнести: — необходимость проектирования и отработки каждой ступени в отдельности, вследствие чего увеличиваются сроки н повышается стоимость отработки изделия; — необходимость запуска двигателей второй и последующих ступеней в полете при низких атмосферных давлениях, что повышает вероятность отказа в запуске н, следовательно, понижает надежность ракеты; — большую длину ракет (в особенности тяжелых ракет- носителей), что усложняет подготовку их к пуску и обслуживание на стартовой позиции;.

— чувствительность конструкции такой схемы к поперечным перегрузкам из-за невысокой изгнбной жесткости. Конструктивную схему с параллельным соединением ступеней иногда называют «пакетной», поскольку ступени ракеты соединяются (связываются) одна с другой в пакет по образующим так, что их продольные оси параллельны или наклонены одна к другой на небольшой угол.

Ракеты такой схемы можно создавать, соединяя в связку необходимое количество корпусов одноступенчатых ракет. При этом в качестве ступеней ракеты могут использоваться как твердотопливные, так и жидкостные ракеты. Ракеты пакетной схемы могут выполняться с'автономными блоками или же с гидравлической связью (цо топливу) между двигателями соседних блоков. На старте запускаются двигатели либо только боковых блоков, либо сразу всех блоков. (1о выгоранню топлива боковых бдокор последние Отдв- ляются, а вторая субракета (центральный блок) продолжает полет. Наименьшую стартовую массу обеспечивает схема, у которой на первой ступени все.двигатели работают на топливе боковых блоков.

При этом уменьшается пассивная масса второй ступени, что увеличивает дальность полета ракеты. Можно представить и другие варианты последовательности запуска и выключения двигателей ракеты пакетной схемы при наличии гидравлической связи между блоками. Ракеты пакетной схемы имеют следующие достоинства: — небольшую длину; — высокую надежность ракеты в случае запуска всех двигателей на старте; и я слтуляяа Гол яатгн Рис. Кз.

Ракета комбинированной схемы — при использовании готовых (штатных) блоков упрощается и ускоряется отработка ракеты; — просто решается проблема транспортировки тяжелых ракет-носителей пакетной схемы, поскольку нх отдельные блоки могут быть транспортабельны. К недостаткам такой схемы можно отнести: — значительные поперечные размеры ракеты, серьезно усложняющие и удорожающие конструкцию стартового устройства; — большую стартовую массу из-за достаточно сложной и громоздкой конструкции узлов сочленения ступеней и не- рациональности общей конструктивной формы; — большие возмущения при разделении ступеней; — увеличенное аэродинамическое лобовое сопротивление. Ракеты комбинированной схемы сочетают пакетное и последовательное соединение ступеней. Например, первая и вторая ступени соединены в пакет, а третья соединяется со второй последовательна (рис.

1.8). Они имеют достоинства и недостатки ракет обеих рассмотренных выше схем. К ракетам комбинированной схемы можно отнести такназываемые полутораступенчатые ракеты (типа ракеты «Атлас») (38]. В такой схеме (рис. 1.9) отбрасываемую в 'полете ступень представляет двухкамерный разгонный тКРД вместе 39 с корпусом хвостового отсека, а баки общие для обеих ступеней. Схема отличается простотой конструкции, но при этом ракета оказывается самой тяжелой из всех составных ракет. Стартовая масса возрастает здесь за счет увеличения массы конструкции второй ступени, поскольку она начинает работу с наполовину опорожненными топливными баками. Наиболее удачными считаются схемы ракет с последовательным соединением ступеней. Их недостатки проявляются лишь на ракетах-носителях очень больших стартовых масс, когда вследствие большой длины ракеты и большого диаметра первой ступени трудно устанавливать ракету и об- рта з б лалсчпа Рмс. Кй.

Ракета полутораступенчатой схемы служивать ее на старте, Значительные диаметры ступеней тяжелых ракет-носителей существенно усложняют проблему транспортировки их от места изготовления до стартовых позиций. Поэтому иногда целесообразно применять пакетное соединение двух первых ступеней,,особенно в тех случаях, когда можно создать ракету-носитель из готовых твердотопливных и жидкостных ракет. Ступени составных ракет имеют обычно одинаковые по назначению отсеки. Исключение составляет приборный отсек. Будучи обязательным на последней ступени, он может отсутствовать как отдельный отсек на других ступенях (ЗЩ, .(39), [85).

Функциональное назначение отсеков ракеты предопределяет их взаимное расположение. Поскольку боевые части баллистических ракет средней и большой дальности полета в конце активного участка траектории отделяются от последней ступени, они располагаются в передней части ракеты. В принципе можно применять тянущий ракетный двигатель, а следовательно, и размещать боевую часть (полезную нагрузку) позади двигателя. Факел пламени, вытекающий из ракетного двигателя, вынуждает располагать его в заднем (хвостовом)' отсеке. Тадим образом, при выборе компоновочной схемы ступени приходится решать лишь вопрос о взаимном расположении топливного и приборного отсеков, а также выбирать кои'.

40 Рис. 1,11. Топливный отсек моноблочной схемы; 1 — бак оипслнтелв; 2 — бак горючего; а— расходный трубопровод окислнт«ля; коническая обечайка для крепления дви- гателя струкцию переходников, соединяющих ступени н боевую часть с корпусом ракеты. Приборный отсек, являющийся частью корпуса ракеты, предназначается для размещения основных приборов системы управления. С целью уменьшения инерционных нагрузок,' усложняющих работу чувствительных элементов (датчиков) системы управления, приборный отсек целесообразно-распо. латать вблизи центра масс ступени. Для этого более всего подходит межбаковое пространство,топливного отсе- л Э ка, если оно на' ступени имеется, в противном случае приходится располагать приборный отсек впереди топливного. Размещение приборного отсека позади топливного РИС.

1ЛВ. ТОПЛИВНЫЙ бтСЕК С аВтО- евиными виками: НЕжЕЛатЕЛЬНО, ПОСКОЛЬКУ У вЂ” бак окислителя", Д вЂ” иембаковий отсек; РаСПОЛОжЕННЫй РЯДОМ ДВИ- й — бак горючего гатель является источником тепла и вибраций, сущест- 1 х З Е венно затрудняющих работу приборов системы управления. Кроме указанного выше необходимо принимать во внимание удобство обслуживания приборов системы управления на стартовой позиции н длину кабелей, соединяющих приборный отсек с двигателем и с наземным ' оборудованием, поскольку масса кабельных стволов весьма значительна. Иногда вместо отдельного приборного отсека (как части общего корпуса ракеты) приборы системы управления размещают в контейнерах под обтекателями на внешней поверхности ракеты [87]. У ракет с РДТТ обычно встречается переднее расположение приборного- отсека.