Ступень ракеты

 

Использование: в ракетно-космической технике, в частности при изготовелении ступеней ракеты с верхним расположением приборного отсека с системой управления. Сущность изобретения: в ступени ракеты аппаратура системы управления компонуется в двух гермоконтейнерах 7 и 8. В качестве распорного пояса приборного отсека используется гермоконтейнер электроники 8 совместно с тремя связанными между собой контейнерами и обечайкой приборного отсека 2 мембранными балками, при этом образуются три замкнутые по периметру жесткие полости, рама полезной нагрузки выполняется съемной и снабжена торцовыми стыковочными шпангоутами. Шпангоуты отсека, рамы и обтекатели 3 состыкованы между собой при помощи шпилек, разъемных и неразъемных узлов. Два опорных узла рамы завязаны на приборном отсеке в месте расположения замкнутых полостей. 4 ил.

Изобретение относится к ракетно-космической технике и касается ступеней ракеты с верхним расположением приборного отсека с системой управления.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является ступень ракеты, содержащая корпус, верхний приборный отсек с рамой и стыкуемый на приборный отсек головной аэродинамический обтекатель [1] Ступень имеет следующие конструктивные особенности. Приборный отсек клепанной конструкции крепится к баку окислителя ступени. Стержневая рама входит в состав приборного отсека и содержит верхний пояс, нижний пояс, соединяющий их стержневой каркас и вертикальные подкрепляющие стойки. На верхний пояс монтируется полезная нагрузка, например космический аппарат. Рама жестко крепится к верхнему стыковочному шпангоуту приборного отсека в четырех точках. Поскольку на стыковочный шпангоут монтируется головной аэродинамический обтекатель с узлами его сброса (толкатели, узлы поворота створок), к шпангоуту предъявляются требования по жесткости. Для придания жесткости шпангоуту путем разгрузки его от радиальных усилий, приходящих от узлов крепления стержневой рамы к шпангоуту, в конструкцию рамы введен нижний силовой пояс, представляющий собой плоскую стержневую раму. Верхний и нижний пояса связаны вертикальными стойками. Аппаратура системы управления монтируется на раме приборного отсека в виде отдельных приборов. Требования по жесткости приборного отсека обусловлены также необходимостью получения заданных параметров вибронагрузок мест крепления под приборы системы управления.

Описанный прототип является серийной ракетой. Опыт эксплуатации ее показал, что наиболее уязвимым звеном является стержневая рама, одновременно выполняющая две функции: монтаж полезной нагрузки и монтаж системы управления. Использование данной ракеты в качестве последовательной ракеты для проведения летных испытаний разрабатываемых образцов ракетной техники привело к резкому росту номенклатуры полезных нагрузок с соответствующими моментно-центровочными характеристиками, устанавливаемых на стержневую раму. Доработки стержневой рамы для обеспечения требуемых прочностных характеристик под конкретную экспериментальную полезную нагрузку всегда сталкиваются с проблемой обеспечения виброрежимов мест крепления приборов на раме и соответственно требуют большого объема наземной отработки и сроков разработки. Поскольку расчетным случаем для рамы на прочность является транспортировка ракеты на стартовый комплекс и подъем ее в вертикальное положение, вместо доработок рамы приходится вводить вертикальную стыковку полезной нагрузки. Вертикальная стыковка технически очень сложна, поскольку проводится со снятием обтекателя на большой высоте (30 м).

Указанные недостатки особенно проявляются в случае монтажа новой системы управления (при модернизации ракеты с целью совершенствования ее характеристик), характеризующейся большим занимаемым объемом, требованиями по ее герметизации и большей массой. Монтаж такой системы с использованием стержневой рамы согласно прототипу приводит к увеличению массы конструкции, что является недостатком, особенно при монтаже новой более тяжелой системы управления на ракете. Кроме того, к установке комплекса командных приборов (трехосной гиростабилизированной платформе) предъявляются более высокие требования по виброрежимам мест ее крепления.

Целью изобретения является снижение массы конструкции приборного отсека с обеспечением параметров жесткости мест крепления приборов системы управления и торцового шпангоута приборного отсека.

Сущность изобретения состоит в том, что ступень ракеты, содержащая корпус, приборный отсек со стержневой рамой, закрепленной на торце приборного отсека и имеющей нижний распорный пояс, подкрепляющий торцовый шпангоут приборного отсека, смонтированную в отсеке аппаратуру системы управления и аэродинамический обтекатель, установленный на приборный отсек при помощи шпилек на его торцовом шпангоуте, аппаратура системы управления смонтирована в двух гермоконтейнерах в гермоконтейнере трехосного гиростабилизатора (ТГС) и гермоконтейнере электронной аппаратуры, каждый из которых выполнен в виде жесткого силового основания с узлами крепления в приборном отсеке и герметичных оболочек, при этом распорный пояс образован силовым основанием гермоконтейнера электронной аппаратуры и тремя плоскими мембранными балками, связанными с оболочкой приборного отсека по всей ее длине, причем гермоконтейнер электронной аппаратуры установлен между оболочкой приборного отсека и мембранной балкой, расположенной перпендикулярно к плоскости, проходящей через продольную ось гермоконтейнера электронной аппаратуры и продольную ось приборного отсека и параллельную последней, и жестко соединен с ними, а две другие мембранные балки установлены параллельно друг другу и перпендикулярно к первой мембранной балке и связаны с балкой и оболочкой приборного отсека с образованием трех полостей, в центральной из которых смонтирован на балках при помощи силового основания гермоконтейнер ТГС, а стержневая рама расположена так, что две ее опорные точки лежат на торцовом шпангоуте приборного отсека между мембранными балками двух оставшихся крайних полостей, при этом стержневая рама выполнена съемной и содержит стыковочный шпангоут, соединяющий нижние опорные точки стержневой рамы, в котором выполнены отверстия под шпильки торцового шпангоута приборного отсека, шпангоуты приборного отсека, рамы и обтекателя составлены между собой при помощи шпилек, причем шпангоуты приборного отсека и рамы жестко соединены между собой неразъемными узлами, а шпангоут обтекателя соединен с ними при помощи разъемных замков, ответные части которых расположены на обтекателе и приборном отсеке.

На фиг.1 изображен приборный отсек, общий вид; на фиг. 2 вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 узел I на фиг.1; на фиг.4 сечение Б-Б на фиг.2.

Ступень ракеты содержит корпус 1, приборный отсек 2, головной обтекатель 3 и полезную нагрузку 4. Полезная нагрузка 4 установлена на приборный отсек 2 при помощи стержневой рамы 5, имеющей в своем составе нижний стыковочный шпангоут 6. Аппаратура системы управления монтируется в двух гермоконтейнерах в гермоконтейнере ТГС 7 и гермоконтейнере электронной аппаратуры 8. Гермоконтейнер 8 состоит из силового основания (пояса) 9 и герметичных оболочек 10, а гермоконтейнер 7 состоит из силового основания (пояса) 11 и герметичной оболочки 12. Электронная аппаратура 13 крепится на раме 14 и через узлы амортизации 15 к силовому основанию 9. Поскольку к гермоконтейнеру 7 не предъявляются требования по прочности его выставки, то появляется возможность использовать силовое основание 9 в силовой схеме распорного пояса приборного отсека. Распорный пояс обеспечивает характеристики жесткости как для посадочного места под ТГС, так и шпангоута 16 приборного отсека, на который стыкуется через шпангоут 6 рамы обтекатель 3. Обеспечение жесткости шпангоута посредством распорного узла с использованием гермоконтейнера 8 выгодно в массовом отношении (в прототипе распорный узел является целевой сборкой). Обеспечение заданных параметров жесткости позволяет использовать систему сброса обтекателя без дополнительной ее отработки. Поэтому силовой распорный пояс образован силовым основанием 9 и тремя мембранами (балками) 17-19. Мембранная балка 17 расположена перпендикулярно к плоскости II-III и делит отсек на две части. Мембранная балка 17 связана через кронштейн 20 с обечайкой приборного отсека 2 по всей его длине. Гермоконтейнер 8 связан с мембранной балкой 17 и обечайкой приборного отсека 2 через кронштейны 21. Две другие мембранные балки установлены перпендикулярно к первой балке 17 и образуют три замкнутые по периметру полости, в центральной из которых при помощи своего силового основания смонтирован гермоконтейнер 7. Поскольку мембранные балки связаны между собой и обечайкой приборного отсека по всей конструктивно-возможной в месте крепления длине, то обеспечивается жесткость полостей с минимальными массовыми затратами. Так как к ТГС предъявляются высокие требования по точности мест крепления, обеспечение требуемой жесткости с минимальными массовыми затратами является важной задачей.

Стержневая рама 5 служит только для установки полезной нагрузки и расположена так, что два ее опорных узла лежат на шпангоуте приборного отсека между мембранными балками, образующими совместно с приборным отсеком две оставшиеся полости. Поэтому радиальные распорные усилия воспринимаются замкнутыми полостями и их влияние на узлы крепления контейнера ТГС минимально. Шпангоуты 6 рамы стыкуются со шпангоутом 16 приборного отсека через шпильки 22 и крепятся болтами (не показаны). Шпильки выполнены такой длины, что на них же стыкуется и обтекатель. Крепление шпангоута обтекателя осуществляется замками, части которых 23 и 24 расположены на шпангоуте приборного отсека и шпангоуте обтекателя.

Формула изобретения

СТУПЕНЬ РАКЕТЫ, содержащая корпус, приборный отсек со стержневой рамой, закрепленной на торце приборного отсека и имеющей нижний распорный пояс, подкрепляющий торцевой шпангоут приборного отсека, смонтированную в отсеке аппаратуру системы управления и аэродинамический обтекатель, установленный на приборный отсек при помощи шпилек на его торцевом шпангоуте, отличающаяся тем, что, с целью снижения массы конструкции приборного отсека с обеспечением параметров жесткости мест крепления приборов системы управления и торцевого шпангоута приборного отсека, аппаратура системы управления смонтирована в двух гермоконтейнерах гермоконтейнере трехосного гиростабилизатора и гермоконтейнера электронной аппаратуры, каждый из которых выполнен в виде жесткого силового основания с узлами крепления в приборном отсеке и герметичных оболочек, при этом распорный пояс образован силовым основанием гермоконтейнера электронной аппаратуры и тремя плоскими мембранными балками, связанными с оболочкой приборного отсека по всей ее длине, причем гермоконтейнер электронной аппаратуры установлен между оболочкой приборного отсека и мембранной балкой, расположенной перпендикулярно к плоскости, проходящей через продольную ось гермоконтейнера электронной аппаратуры и продольную ось приборного отсека, параллельную последней, и жестко соединен с ними, а две другие мембранные балки установлены параллельно одна другой и перпендикулярно к первой мембранной балке и связаны с балкой и оболочкой приборного отсека с образованием трех полостей, в центральной из которых смонтирован на балках при помощи силового основания гермоконтейнер трехосного гиростабилизатора, а стержневая рама расположена так, что две ее опорные точки лежат на торцевом шпангоуте приборного отсека между мембранными балками двух оставшихся крайних полостей, при этом стержневая рама выполнена съемной и содержит стыковочный шпангоут, соединяющий нижние опорные точки стержневой рамы, в котором выполнены отверстия под шпильки торцевого шпангоута приборного отсека, шпангоуты приборного отсека, рамы и обтекатели состыкованы между собой при помощи шпилек, причем шпангоуты приборного отсека и рамы жестко соединены между собой неразъемными узлами, а шпангоут обтекателя присоединен к ним при помощи разъемных замков, ответные части которых распложены на обтекателе и приборном отсеке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4