Ракета-носитель с непрерывным отбросом массы на гибридном топливе

 

Изобретение относится к ракетно-космической 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

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК (я)5 F 42 В 15/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ИЗОБРЕТЕНИЯ „- .,,, "-" ." ;„;, ОПИСАНИЕ

К ПАТЕНТУ

О .К (л

О

О (21) 4876227/23 (22) 22,10,90 (46) 23.03,93. Бюл. ¹11 (76) Л.Б.Блюмкин (56) Патент США

¹ 3.127.739, НКИ 60-35.6, 1964. (54) РАКЕТА-НОСИТЕЛЬ С НЕПРЕРЫВНЫМ ОТБРОСОМ МАССЫ НА ГИБРИДНОМ ТОПЛИВЕ (57) Изобретение относится к ракетно-космической 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 ко„, Я2,, 1804590 АЗ тором 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.

1804590 момента. Толщина оболонки 18 равна (р

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

Цель изобретения — улучшение массово-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, сопряженный с возможностью продольного перемещения с топливным отсеком 2, представляющим собой мягкую многослойную цилиндрическую оболочку из полиэтилена (CzHq), в которой заключен жидкий компонент 3 (98 -ная перекись водорода). B 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 агрегата 5 и по полому винту 7 поступает в плавильный агрегат 11, откуда полиэтилен после его газификации подается в )КРД 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 полиэтиленпеРекись воДоРоДа Колт = 6. ВнУтРенние сплошные слои 18 (толщина одного слоя составляет 1,5...3 мм) представляют собой собственно мягкую оболочку, которая обеспечивает герметичность топливного отсека

2 и его работу по восприятию изгибающего

0,1...0 2S, 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, привод 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. B 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, сгибаемые многослойными ветвями полиэтиленовой. ленты 10. B процессе работы на опоры 15 абочие блоки) действует тангенциальная

1804590 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 двухзаходной 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 мlс), 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 экструдируется 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

55 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 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 осуществляется за счет газогенерации перекиси водорода, После прохождения через лопатки турбины 26 высокотемпературные продукты разложения 30 поступают в газификационную камеру 29. Полиэтиленовый винт 7, поступая 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 стартовой 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.

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 ракетой "Сатурн У", имеющей аналогичные габариты, Формула изобретения

1. Ракета-носитель с непрерывным отбросом массы на гибридном топливе, содержащая головной блок, топливный отсек с окислителем, стенки которого выполнены из пластического материала, карусельный агрегат для укорочения топливного отсека, винт, кинематически связывающий подвижное и неподвижное днища топливного отсека, жидкостные ракетные двигатели и газификатор, отличающаяся тем, что, с целью улучшения массово-энергетических характеристик, топливный отсек заправлен 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 окружности последней отрезными ножами и вертикальными рабочими блоками и установленными в центре карусельного агрегата горизонтальными направляющими блоками, с верхнего днища отсека сквозь 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

1804590 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 и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью уменьшения силы резания, а также улучшения технологичности конструкции, часть мягкой полиэтиленовой многослойной оболочки по толщине

A-А, 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 ю5 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.

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

1804590

1804590

Составитель Л.Блюмкин

Техред М.Моргентал Корректор М.Ткач

Редактор Т,Куркова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 1076 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5