Многоступенчатая ракета

 

Изобретение относится к космической технике, в частности к конструкциям многоступенчатых ракет с головными обтекателями. Технической задачей изобретения является повышение надежности многоступенчатой ракеты при сбросе головного обтекателя. Многоступенчатая ракета, содержащая ступени с двигательными установками и соединенные между собой соединительными отсеками, головной обтекатель, выполненный в виде замкнутой с одного торца оболочки, с поперечной плоскостью разъема с последней ступенью ракеты по сечению, противоположному замкнутому торцу оболочки, узлы крепления головного обтекателя со ступенью ракеты и узлы его отделения от ракеты, при этом оболочка головного обтекателя выполнена составной из частей с дополнительной поперечной плоскостью разъема, размещенной между замкнутым торцем оболочки головного обтекателя и плоскостью поперечного разъема со ступенью ракеты. 19 з. п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано при проектировании многоступенчатых ракет с головными обтекателями для защиты космических аппаратов.

Головные обтекатели предохраняют космические аппараты от воздействия аэродинамических нагрузок и тепловых потоков на участке выведения на заданную траекторию полета. В литературе вместо термина головной обтекатель иногда используется термин носовой обтекатель, что равноценно. На больших высотах, где аэродинамические нагрузки и тепловые потоки малы, обтекатели сбрасываются. Типичная конструкция корпуса обтекателя состоит из носка в форме сферического сегмента и отсеков в форме усеченных конических и цилиндрических оболочек. Конструктивно силовые схемы обтекателей определяются характером разделения при сборе и величинами нагрузок, которые действуют в осевом и окружном направлениях.

В качестве аналога рассматривается многоступенчатая ракета, содержащая головной обтекатель с поперечной плоскостью разъема со ступенью ракеты и состоящий из двух частей, состыкованными продольными швами на замках (Балабух Л. И. и др. Основы строительной механики ракет с.374, рис.44.4). С помощью толкателей, которые создают момент относительно шарнирных узлов, половины обтекателя откидываются.

Недостатком известного аналога является то, что продольный шов на головном обтекателе, выполненный на замках, занимает значительный полезный объем под обтекателем, так как замки имеют относительно большие размеры, а с точки зрения прочности продольных швов требуется определенное количество этих замков, располагаемых дискретно вдоль швов. Количество замков соответственно возрастает с увеличением длины обтекателя. Для обеспечения надежности срабатывания замков необходимо стремиться к уменьшению их количества, так как с увеличением количества замков требуется увеличивать количество команд на их срабатывание либо усложнять конструкцию замков для обеспечения синхронизации их срабатывания, что снижает надежность разделения частей обтекателя. Таким образом, минимальное необходимое количество замков определяется требованием прочности продольных швов и их длиной. Для обтекателей малой и средней длины (2 3 м) требования прочности и надежности как правило обеспечиваются. Для обтекателей длиной больше 3 м при обеспечении прочности продольного шва надежность разделения частей обтекателя снижается. Кроме того, наличие продольного шва с дискретным соединением замками требует увеличение толщин шпангоутов и оболочек по сравнению с неразрезными конструкциями продольными швами. Здесь следует отметить, что наиболее эффективно толкатели располагать в носовой части обтекателя, так как создается наибольший вращательный момент. Для удлиненных обтекателей надо создавать более мощные толкатели, что требует также некоторого полезного объема внутри обтекателя, а в некоторых случаях невозможно разместить их в имеющихся габаритах.

Известна многоступенчатая ракета "Европа-1" ( Пенцак И.Н. Теория полета и конструкция баллистических ракет М. Маш. 1974, с.138, рис.7.5), принятая авторами за ближайший аналог (прототип), содержащая ступени с двигательными установками и соединенные между собой соединительными отсеками, головной обтекатель, выполненный в виде замкнутой с одного торца оболочки, с поперечной плоскостью разъема с последней ступенью ракеты по сечению противоположному замкнутому торцу.

Недостатком ближайшего аналога является наличие только одной плоскости поперечного разъема головного обтекателя со ступенью ракеты. Объясняется это следующим.

При увеличении длины обтекателя более 3 м вдоль оси требуется увеличение конструктивного зазора между полезным грузом и внутренней поверхностью головного обтекателя для обеспечения безударного его отделения, и тем самым снижается эффективность использования полезного объемы головного обтекателя.

При увеличении длины головного обтекателя усложняются работы по регламентному обслуживанию, при необходимости, полезного груза на предстартовой готовности.

Технической задачей изобретения является повышение надежности многоступенчатой ракеты при сбросе головного обтекателя и упрощение обслуживания ракеты путем выполнения его разъемным по дополнительной поперечной плоскости разъема.

Решение технической задачи достигается тем, что в известной многоступенчатой ракете, содержащей ступени с двигательными установками и соединенные между собой соединительными отсеками, головной обтекатель, выполненный в виде замкнутой с одного торца оболочки, с поперечной плоскостью разъема с последней ступенью ракеты по сечению, противоположному замкнутому торцу оболочки, узлы крепления головного обтекателя с ступенью ракетой и узлы его отделения от ракеты, согласно изобретению, оболочка головного обтекателя выполнена составной из частей с дополнительной поперечной плоскостью разъема, размещенной между замкнутым торцем оболочки головного обтекателя и плоскостью поперечного разъема со ступенью ракет.

Частные признаки, характеризующие многоступенчатую ракету.

Часть оболочки обтекателя, содержащая замкнутый в вершине торец, снабжена дополнительными узлами крепления с ступенью ракеты.

Головной обтекатель снабжен устройством увода, выполненным в виде двигателя на твердом топливе с сопловым блоком и закрепленным внутри части оболочки с замкнутым торцем.

Устройство увода содержит дополнительный двигатель на твердом топливе с сопловым блоком, при этом продольная ось каждого двигателя и ось его соплового блока находятся под углом друг к другу.

Двигатели, закрепленные на внутренней поверхности оболочки, находятся в одной поперечной плоскости и разнесены относительно друг друга по периметру на 178 182^o, а в районе каждого соплового блока в оболочке имеется сквозное отверстие, при этом масса твердого топлива дополнительного двигателя превышает массу твердого топлива другого двигателя, а соотношение их масс находится в пределах 1,05-1,5.

Часть головного обтекателя, содержащая замкнутый в вершине торец, скреплена дополнительными узлами крепления со ступенью ракеты, выполненными распадающимися.

Головной обтекатель снабжен узлами крепления частей его оболочек между собой, размещенными на частях оболочек по разные стороны дополнительной поперечной плоскости разъема, при этом части оболочек поджаты друг к другу по их торцам и соединены друг с другом этими узлами крепления.

Головной обтекатель снабжен узлом поперечного разделения, выполненным в виде шпангоута с установленным в нем кольцевым удлиненным детонирующим зарядом, размещенным между дополнительной плоскостью поперечного разъема и плоскостью поперечного разъема головного обтекателя со ступенью ракеты.

Устройство увода снабжено дополнительным сопловым блоком, при этом оси соплового и дополнительного соплового блоков находятся в одной плоскости с продольной осью ракетного двигателя и под углом к ней, а ось двигателя совпадает с продольной осью оболочки обтекателя.

Узлы крепления частей оболочек головного обтекателя выполнены распадающимися.

Часть оболочки головного обтекателя с незамкнутым торцем снабжена торцевыми шпангоутами и узлами деления оболочки на части, ориентированными вдоль продольной оси головного обтекателя, при этом торцевой шпангоут со стороны, противоположной дополнительной плоскости разъема, снабжен кольцевым пазом, выполненным на его цилиндрической поверхности под ответный кольцевой зуб ступени ракеты, а оба шпангоута снабжены продольными сквозными пазами, ориентированными вдоль продольных узлов деления оболочки, а узлы разделения со ступенью ракеты по числу пазов установлены на наружной поверхности шпангоута с кольцевым пазом по обе стороны каждого сквозного паза.

С наружной стороны шпангоута с кольцевым пазом и по обе стороны каждого сквозного продольного паза закреплены кронштейны, контактирующие друг с другом по плоскостям, ориентированным вдоль его продольных сквозных пазов и поджатых посредством распадающихся узлов, выполненных в виде разрывных болтов, оси которых размещены параллельно касательной к окружности этого шпангоута.

Распадающиеся узлы крепления частей оболочек головного обтекателя в дополнительной поперечной плоскости разъема выполнены в виде разрывных болтов, оси которых ориентированы вдоль продольной оси обтекателя.

С наружной стороны каждой части оболочки, по обе стороны от дополнительной поперечной плоскости разъема, установлены жестко скрепленные с ними и контактирующие друг с другом в поперечной плоскости головного обтекателя кронштейны, поджатые друг к другу разрывными болтами.

С наружной стороны каждой части оболочки головного обтекателя по обе стороны от дополнительной плоскости поперечного разъема между распадающимися узлами крепления частей оболочек установлены жестко скрепленные с ними дополнительные кронштейны, причем чем кронштейн части оболочки с замкнутым /торцем содержит ориентированный по касательной к окружности дополнительной плоскости поперечного разъема и смещенный по радиусу вал, взаимодействующий с ответным открытым пазом кронштейна, скрепленного со шпангоутом другой частим оболочки, при этом паз кронштейна открыт в сторону противоположного шпангоута этой части оболочки, а сам паз образован сходящимися плоскими поверхностями, сопрягаемыми с цилиндрической поверхностью, ось которой направлена по касательной к окружности дополнительной плоскости поперечного разъема частей оболочек и смещена по радиусу, а паз расширяется по мере удаления от цилиндрической поверхности.

Вал выполнен с резьбовыми отверстиями, ориентированными перпендикулярно его продольной оси, и соединен со своим кронштейном посредством болтов, ввернутых в резьбовое отверстие вала.

Устройство увода и дополнительный кронштейн с валом разнесены по периметру поперечного сечения обтекателя и вдоль его оси.

Угол по окружности между дополнительным кронштейном с валом и двигателем увода составляет 178 182^o.

Продольные узлы деления части незамкнутой оболочки выполнены в виде металлических лонжеронов, выполненных из двух частей, соединенных каждая с оболочкой и со шпангоутами по разные стороны сквозного паза и между собой заклепочными швами и винтами, при этом в зазоре между частями лонжерона установлены детонирующие удлиненные заряды, а часть оболочки с незамкнутым торцем выполнена цилиндрической.

На торцевом шпангоуте, размещенном на части оболочки с незамкнутым торцем со стороны дополнительной поперечной плоскости разъема, на наружной и внутренней его торцевых поверхностях, имеются кольцевые пазы и закрепленные в них криволинейные балки переменного поперечного сечения, при этом криволинейные балки закреплены на каждой стороне продольного сквозного паза торцевого шпангоута так, что одна из балок каждого продольного сквозного паза пересекает его и плотно контактирует с боковой поверхностью другой балки, закрепленной на другой стороне продольного сквозного паза.

На фиг.1 изображен общий вид многоступенчатой ракеты "Старт-1" (показана часть последней ступени с головным обтекателем) (1-й вариант исполнения предлагаемой многоступенчатой ракеты); на фиг.2 схема увода головного обтекателя ракеты "Старт-1"; на фиг.3 многоступенчатая ракета "Т" (показан фрагмент ракеты с головным обтекателем) (2-й вариант исполнения предлагаемой многоступенчатой ракеты); на фиг.4 схема увода головного обтекателя ракеты "Т"; на фиг. 5 многоступенчатая ракета "Старт" (показана часть последней ступени с головным обтекателем) (3-й вариант исполнения предлагаемой многоступенчатой ракеты); на фиг.6 сечение А А на фиг.5; на фиг.7 - сечение Б Б на фиг.5; на фиг.8 сечение В В на фиг.5; на фиг.9 сечение Г Г на фиг.5; на фиг.10 сечение Д Д на фиг.8; на фиг.11 вид Е на фиг.5; на фиг.12 сечение Ж Ж на фиг.5; на фиг.13 сечение И И на фиг.8; на фиг.14 схема увода головного обтекателя ракеты "Старт". Пример конкретного выполнения многоступенчатой ракеты "Старт-1" 1 ("1-й вариант исполнения предлагаемой многоступенчатой ракеты).

В изобретении не приводятся величины интервалов времени срабатывания узлов при уводе обтекателей, а дается только последовательность работы для того, чтобы отразить работоспособность предложенного устройства.

Головной обтекатель ракеты "Старт-1" 1 (фиг.1) содержит узлы крепления 2 с ракетой и выполнен составным, с дополнительной поперечной плоскостью разъема 3, делящей корпус головного обтекателя на части: одна часть 4 корпуса головного обтекателя имеет замкнутый торец, а другая часть 5 корпуса обтекателя выполнена незамкнутой с торцев и не ней размещены узлы крепления 2 с ракетой 1, т. е. с ее последней ступенью. Часть 4 снабжена дополнительными узлами крепления 6 с ракетой, выполненными распадающимися (например, в виде разрывных болтов). Головной обтекатель работы снабжен устройством увода, выполненным в виде ракетного двигателя 7 на твердом топливе с сопловым блоком 8 и в виде дополнительного ракетного двигателя 9 на твердом топливе с сопловым блоком 10, закрепленных на внутренней поверхности части 4, находящихся на одинаковом удалении от торца части 4 и разнесенных друг относительно друга по периметру на 178 182^o (диапазон углов обусловлен точностью установки относительно угла 180^o). Продольная ось каждого ракетного двигателя находится под углом к продольной оси своего соплового блока, а в районе каждого соплового блока в части 4 обтекателя имеется сквозное отверстие. Масса твердого топлива дополнительного ракетного двигателя 9 больше массы твердого топлива ракетного двигателя 7, при этом отношение R массы твердого топлива дополнительного ракетного двигателя 9 к массе твердого топлива ракетного двигателя 7 находится в следующих пределах 1,05<R<1,5, при этом тяга у двигателей одинакова.

Описание работы (схемы увода) головного обтекателя ракеты "Старт-1" (1-й вариант исполнения предлагаемой многоступенчатой ракеты).

На фиг.2 показана схема увода головного обтекателя ракеты "Старт-1". По команде системы управления срабатывают распадающиеся дополнительные узла крепления 6 обтекателя с ракетой 1 и запускаются ракетные двигателя 7 и 9. При одновременной работе ракетных двигателей происходит увод части 4 обтекателя вдоль оси ракеты на безопасное расстояние от нее, так как тяга у них одинакова. После полного выгорания твердого топлива ракетного двигателя 7, за счет продолжающейся работы ракетного двигателя 9 (так как масса его топлива больше массы топлива ракетного двигателя 7) происходит увод части 4 головного обтекателя в поперечном направлении. Таким образом, часть 4 уводится на безопасное расстояние от траектории движения ракеты. Увод части 4 головного обтекателя проводится до начала работы последней ступени ракеты на внеатмосферном участке траектории, что гарантирует движение части обтекателя проводится до начала работы последней ступени ракеты на внеатмосферном участке траектории, что гарантирует движение части обтекателя по баллистической кривой с последующим входом в плотные слои атмосферы и сгоранием. Часть 5 головного обтекателя не отделяется от ракеты (в данном случае от полезного груза космического аппарата) и продолжает выполнять функцию поддержания температурного режима космического аппарата при движении его на орбите.

Пример конкретного выполнения головного обтекателя ракеты "Т" 1 (2-й вариант исполнения предлагаемой многоступенчатой ракеты). Головной обтекатель ракеты "Т" 1 (фиг.3) содержит узлы крепления 2 с ракетой и выполнен составным, с дополнительной поперечной плоскостью разъема 3, делящей корпус головного обтекателя на части: одна часть 4 корпуса головного обтекателя имеет замкнутый торец, а другая часть 5 незамкнута с торцев и на ней размещены узлы крепления 2 с ракетой 1, т.е. с ее последней ступенью. Головной обтекатель ракеты 1 снабжен узлами крепления 6 частей корпуса головного обтекателя, размещенными на торцах частей 4 и 5 обтекателя по разные стороны поперечной плоскости разъема 3, при этом части обтекателя поджаты друг к другу по их торцам и соединены друг с другом этими узлами крепления 6. Головной обтекатель ракеты снабжен устройством увода, выполненным в виде ракетного двигателя 7 на твердом топливе с сопловым блоком 8, закрепленным внутри части 4 обтекателя с замкнутым торцем и снабженным дополнительным сопловым блоком 9, при этом продольные оси соплового блока 8 и дополнительного соплового блока 9 находятся в одной плоскости с продольной осью ракетного двигателя 7 и под углом к ней, а ось ракетного двигателя совпадает с продольной осью обтекателя. Со смещением относительно плоскости поперечного разъема 3 размещены удлиненные детонирующие заряды 10 устройства поперечного деления корпуса (узел отделения головного обтекателя) головного обтекателя на части при его отделении.

Описание работы (схемы увода) головного обтекателя ракеты "Т" (2-й вариант исполнения предлагаемой многоступенчатой ракеты).

На фиг.4 показана схема увода обтекателя ракеты "Т". По команде системы управления срабатывает детонирующий удлиненный заряд 10, делящий головной обтекатель на части и запускается ракетный двигатель 7, обеспечивающий увод части 4 головного обтекателя на безопасное расстояние от ракеты. Отделение части 4 происходит до начала работы двигателя последней ступени, что гарантирует ее движение по баллистической кривой с последующим входом в плотные слои атмосферы и сгорание части 4 головного обтекателя. Часть 5 обтекателя остается на ракете и сгорает вместе с ней в плотных слоях атмосферы после выведения полезного груза на заданную траекторию. Пример конкретного выполнения головного обтекателя ракеты "Старт" (3-й вариант исполнения предлагаемой многоступенчатой ракеты). Головной обтекатель ракеты "Старт" 1 (фиг.5) содержит узлы крепления 2 с ракетой и выполнен составным, с дополнительной поперечной плоскостью разъема 3, делящей корпус головного обтекателя на части: одна часть 4 корпуса головного обтекателя имеет замкнутый торец, а другая часть 5 незамкнута с торцев и на ней размещены узлы крепления 2 с ракетой 1, т.е. с ее последней ступенью. Головной обтекатель ракеты "Старт" снабжен распадающимися узлами крепления 6, выполненными в виде разрывных болтов для соединения своих частей 4, 5 и установленными в кронштейнах, размещенных на торцах частей оболочек корпуса по разные стороны поперечной плоскости разъема 3, при этом части оболочек корпуса поджаты друг к другу по их торцам и соединены друг с другом этими распадающимися узлами крепления 6. Головной обтекатель ракеты снабжен устройством увода, выполненным в виде ракетного двигателя 7 на твердом топливе с сопловым блоком 8, закрепленным внутри части 4 корпуса головного обтекателя с замкнутым торцем. Часть 5 корпуса головного обтекателя снабжена торцевым шпангоутом 9 и торцевым шпангоутом 10 (фиг.5). Часть 5 корпуса головного обтекателя выполнена разрезной с продольными сквозными пазами по образующей так, что делит цилиндрическую оболочку на четыре цилиндрические панели (в приведенном варианте исполнения (фиг.7). Целостность конструкции обеспечена путем соединения четырех цилиндрических панелей продольными узлами деления 11 (такое название принято из-за того, что при сбросе обтекателя происходит разделение цилиндрической части 5 обтекателя по этим узлам 11). Продольные узлы деления 11 ориентированы вдоль продольной оси обтекателя, при этом торцевой шпангоут 10 (фиг.6) снабжен кольцевым пазом 12, выполненным на его цилиндрической внутренней поверхности под ответный кольцевой зуб 13 ракеты 1. Шпангоуты 9 и 10 части 5 корпуса (фиг. 5,7 и 8) снабжены продольными сквозными пазами 14 (фиг.7,8), делящими шпангоуты 9 и 10 на кольцевые сектора (в нашем случае каждый на четыре равных сектора), жестко соединенных с торцами цилиндрической оболочки части 5, при этом пазы 14 в шпангоутах, находятся напротив продольных узлов деления 11 части 5 и ориентированы вдоль них. С наружной стороны шпангоута 10 (фиг. 5,7) и по обе стороны каждого сквозного продольного паза закреплены кронштейны 15 (фиг.5,7), контактирующие друг с другом по плоскостям, ориентированным вдоль его продольных сквозных пазов и поджатых посредством распадающихся узлов крепления 2, выполненных в виде разрывных болтов, оси которых размещены по касательным к окружности этого шпангоута и смещены вдоль радиуса от наружной боковой поверхности шпангоута. С наружной стороны каждой части 4 и 5 (фиг.5,9) по обе стороны от плоскости разъема 3, установлены жестко скрепленные с ними и контактирующие друг с другом в поперечной плоскости обтекателя кронштейны 16 (в нашем случае по два кронштейна), поджатые друг к другу распадающимися узлами 6. С наружной стороны каждой оболочки по обе стороны от плоскости разъема между распадающимися узлами 6 установлены жестко скрепленные с ними дополнительные кронштейны 17 и 18 (фиг.5,11), причем кронштейн 17 части 4 содержит вал 19 (фиг.5,10), ориентированный по касательной к окружности плоскости разъема и смещенный вдоль радиуса от наружной боковой поверхности части 4. Вал 19 взаимодействует с ответным открытым пазом кронштейна 18 (фиг.5,10), скрепленного со шпангоутом 9 части 5, при этом паз кронштейна открыт в сторону, противоположную от шпангоута 9 части 5, и образован сходящимися плоскими поверхностями 20, сопрягаемыми с цилиндрической поверхностью 21, ось которой направлена по касательной к окружности плоскости разъема частей корпуса и смещена вдоль радиуса от наружной боковой поверхности шпангоута 9, а паз расширяется по мере удаления от цилиндрической поверхности 21. Вал 19 (фиг.10) выполнен с резьбовыми отверстиями под ответные болты 22, ориентированными перпендикулярно его продольной оси, и соединен со своим кронштейном посредством этих болтов 22, ввернутых в резьбовые отверстия вала 19. Ракетный двигатель 7 на твердом топливе и дополнительный кронштейн 17 с валом 19 разнесены по периметру поперечного сечения части 4 и вдоль ее оси (фиг.5). Угол по окружности между дополнительным кронштейном 17 с валом 19 и ракетным двигателем 7 составляет 178 182^o, что обусловлено точностью установки. Продольные узлы деления 11 (фиг.5) части 5 корпуса головного обтекателя выполнены в виде металлических лонжеронов, состоящих из двух элементов 23 и 24 (фиг.12), соединенных каждый с соответствующей цилиндрической панелью части 5 и с соответствующими секторами шпангоутов 9 и 10 продольными заклепочными швами 25 по разные стороны их сквозных пазов и соединенных между собой продольными заклепочными швами 26 (фиг. 12), при этом в зазоре между элементами 23 и 24 лонжерона установлены детонирующие удлиненные заряды (ДУЗ) 27. На торцевом шпангоуте 9 (фиг.8,9 и 12) на его торцевых поверхностях имеются кольцевые пазы 28. Торцевой шпангоут 9 части 5 снабжен криволинейными балками 29 (фиг.8,13). Количество балок 29 соответствует количеству секторов шпангоута 9 (или что тоже самое количеству продольных узлов деления 11). Каждая балка 29 размещена в кольцевом пазу 28 шпангоута 9, жестко соединена с ним по одну сторону от сквозного продольного паза и перекрывает его в окружном направлении и входит в паз 28 смежного сектора шпангоута 9 и контактирует с ответной криволинейной балкой 30 (фиг.8), жестко скрепленной со смежным сектором шпангоута 9, с другой стороны сквозного продольного паза 14 шпангоута 9, и с невыступанием за него.

Описание работы (схемы увода) головного обтекателя ракеты "Старт" (3-й вариант исполнения предлагаемой многоступенчатой ракеты). На фиг.14 показана схема увода головного обтекателя ракеты "Старт". По команде системы управления срабатывают разрывные болты 6. Далее происходит запуск твердотопливного ракетного двигателя 7 и часть 4 корпуса головного обтекателя начинает совершать вращательное движение с центром вращения, совпадающим с продольной осью вала 19, при этом вал 19 проскальзывает во вращательном движении по цилиндрической поверхности 21. Затем благодаря конструкции паза, образованного сходящимися поверхностями 20 кронштейна 18, часть 4 под действием тяги ракетного двигателя 7 приобретает и поступательное движение в поперечном направлении от оси ракеты 1 и тем самым уводится на безопасное расстояние от нее. После этого по команде системы управления срабатывают разрывные болты 2 и детонирующие удлиненные заряды 27 продольных узлов деления 11. В результате происходит распад части 5 на цилиндрические панели, так как под действием давления газов от сработавших ДУЗов создается усилие, срезающее заклепки 26, соединяющие элементы 23 и 24 между собой. Увод цилиндрических панелей части 5 обеспечивается за счет импульса давления газов при срабатывании ДУЗов, обеспечивающего увод каждой цилиндрической панели на безопасное расстояние от ракеты. Увод части 4 головного обтекателя цилиндрические панели части 5 проводится до начала работы последней ступени ракеты на внеатмосферном участке траектории, что гарантирует их движение по баллистической кривой с последующим входов в плотные слои атмосферы и сгорание части 4 и цилиндрических панелей головного обтекателя.

В другом варианте увода часть 4 ракеты "Старт" отделяется как и в варианте 1 увода. Отличие состоит в том, что часть 5 не отделяется, а выход космического аппарата из части 5 после его отделения от ракеты происходит за счет маневра последней ступени ракеты (например ее торможение), а оставшаяся часть 5 головного обтекателя сгорает вместе с последней ступенью ракеты в плотных слоях атмосферы после выведения полезного груза на заданную траекторию.

В предлагаемом техническом решении обтекатель выполнен разъемным с дополнительной поперечной плоскостью разъема. Благодаря введению дополнительной поперечной плоскости разъема представляется возможным разделить обтекатель на части, соизмеримые обтекателями малой и средней длины, что позволяет использовать их преимущества высокую надежность при достаточной прочности. Оболочка с замкнутым торцем выполняется без деления ее на части и тем самым не имеет ослаблений в части уменьшения прочности. Двигатель увода, размещенный на этой оболочке, обеспечивает увод ее на безопасное расстояние от ракеты и требует усилий (соизмеримых с усилиями для обтекателей малой и средней длины) меньших, чем бы требовались для удлиненного обтекателя. Кроме этого, двигатель увода, используемый в устройстве разведения частей обтекателя, позволяет воздействовать на отделяемую часть в течение времени, необходимым для достаточного удаления ее на безопасное расстояние от ракеты. Незамкнутая оболочка также соизмерима с обтекателями малой и средней длины и, следовательно, обладает их преимуществами. Наличие распадающихся узлов крепления частей головного обтекателя в поперечной плоскости разъема не приводит к снижению надежности, так как для обеспечения достаточной прочности необходимо иметь их не более трех четырех, что практикой проектирования и отработки аналогичных стыков доказало высокую их надежность с обеспечением достаточной прочности.

На примере ракеты "Старт" (фиг.5 13) покажем вклад признаков в достижение поставленной технической задачи. Кольцевой паз на внутренней поверхности шпангоута под ответный зуб ракеты не препятствует перемещению частей цилиндрической оболочки в направлении, перпендикулярном оси обтекателя при их разведении, что гарантирует безударное отделение.

При помощи кронштейнов 15 на наружной стороне шпангоута 10 с кольцевым пазом, установленных по обе стороны продольных сквозных пазов 14, контактирующих по плоскостям и поджатых разрывными болтами 2, обеспечивается достаточная прочность обтекателя в условиях наземной эксплуатации и при действии нагрузок на активном участке траектории.

Также для обеспечения достаточной прочности крепления части корпуса обтекателя 4 с другой его частью 5 устанавливаются кронштейны 16 и разрывные болты 6. Для обеспечения движения по заданной траектории при сбросе части 4 на ней установлен кронштейн 17 с валом 19, соединенный с ним при помощи болтов 22, а части 5 установлен кронштейн 18 с пазом. Вал 19 заходит в паз кронштейна 18 и поджат болтами 22. Такое устройство с одной стороны позволяет в условиях эксплуатации иметь дополнительную точку крепления, а с другой, при срабатывании разрывных болтов 6 и последующей работе двигателя увода обеспечивать на начальном этапе только вращательное движение части 4, а в последующем и поступательное в направлении, перпендикулярном от оси изделия после выхода из паза кронштейна 18.

Продольные узлы деления 11 части 5 корпуса обтекателя состоят из металлических лонжеронов, каждый из которых выполнен из двух частей и соединенных каждая с оболочкой и со шпангоутами по разные стороны продольного сквозного паза и между собой заклепочными швами, а в зазоре между частями лонжеронов установлены детонирующие удлиненные заряды 27. Эта конструкция узла деления цилиндрической оболочки не требует установки толкателей для разведения частей обтекателя, так как разброс частей происходит за счет импульса давления газов при срабатывании детонирующих удлиненных зарядов.

В настоящее время разработаны рабочие чертежи на приведенные примеры исполнения головных обтекателей. Головной обтекатель ракеты "Старт-1" прошел наземную отработку, а также использовался в летных испытаниях.

Формула изобретения

1. Многоступенчатая ракета, содержащая ступени с двигательными установками и соединенные между собой соединительными отсеками, головной обтекатель, выполненный в виде замкнутой с одного торца оболочки, с поперечной плоскостью разъема с последней ступенью ракеты по сечению, противоположному замкнутому торцу оболочки, узлы крепления головного обтекателя со ступенью ракеты и узлы его отделения от ракеты, отличающаяся тем, что оболочка головного обтекателя выполнена составной из частей с дополнительной поперечной плоскостью разъема, размещенной между замкнутым торцом оболочки головного обтекателя и плоскостью поперечного разъема со ступенью ракеты.

2. Ракета по п.1, отличающаяся тем, что часть оболочки обтекателя, содержащая замкнутый в вершине торец, снабжена дополнительными узлами крепления со ступенью ракеты.

3. Ракета по п.1, отличающаяся тем, что головной обтекатель снабжен устройством увода, выполненным в виде двигателя на твердом топливе с сопловым блоком и закрепленным внутри части оболочки с замкнутым торцом.

4. Ракета по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что устройство увода содержит дополнительный двигатель на твердом топливе с сопловым блоком, при этом продольная ось каждого двигателя и ось его соплового блока находятся под углом друг к другу.

5. Ракета по пп.1, 3 и 4, отличающаяся тем, что двигатели, закрепленные на внутренней поверхности оболочки, находятся в одной поперечной плоскости и разнесены друг относительно друга по периметру на 178 182^o, а в районе каждого соплового блока в оболочке имеется сквозное отверстие, при этом масса твердого топлива дополнительного двигателя превышает массу твердого топлива другого двигателя, а соотношение их масс находится в пределах 1,05 1,5.

6. Ракета по пп.1 5, отличающаяся тем, что часть головного обтекателя, содержащая замкнутый в вершине торец, скреплена дополнительными узлами крепления со ступенью ракеты, выполненными распадающимися.

7. Ракета по п. 1, отличающаяся тем, что головной обтекатель снабжен узлами крепления частей его оболочек между собой, размещенными на частях оболочек по их торцам, и соединены друг с другом этими узлами крепления.

8. Ракета по пп.1 и 7, отличающаяся тем, что головной обтекатель снабжен узлом поперечного разделения, выполненным в виде шпангоута с установленным в нем кольцевым удлиненным детонирующим зарядом, размещенным между дополнительной плоскостью поперечного разъема и плоскостью поперечного разъема головного обтекателя со ступенью ракеты.

9. Ракета по пп.1, 3, 7 и 8, отличающаяся тем, что устройство увода снабжено дополнительным сопловым блоком, при этом оси соплового и дополнительного соплового блоков находятся в одной плоскости с продольной осью двигателя и под углом к ней, а ось двигателя совпадает с продольной осью оболочки головного обтекателя.

10. Ракета по пп.1, 3 и 7, отличающаяся тем, что узлы крепления частей оболочек головного обтекателя выполнены распадающимися.

11. Ракета по пп.1, 3, 7 и 10, отличающаяся тем, что часть оболочки головного обтекателя с незамкнутым торцом снабжена торцевыми шпангоутами и узлами деления оболочки на части, ориентированными вдоль продольной оси головного обтекателя, при этом торцевой шпангоут со стороны, противоположной дополнительной плоскости разъема, снабжен кольцевым пазом, выполненным на его цилиндрической поверхности под ответный кольцевой зуб ступени ракеты, а оба шпангоута снабжены продольными сквозными пазами, ориентированными вдоль продольных узлов деления оболочки, узлы разделения со ступенью ракеты по числу пазов установлены на наружной поверхности шпангоута с кольцевым пазом по обе стороны каждого сквозного паза.

12. Ракета по пп.1, 3, 7, 10 и 11, отличающаяся тем, что с наружной стороны шпангоута с кольцевым пазом и по обе стороны каждого сквозного продольного паза закреплены кронштейны, контактирующие друг с другом по плоскостям, ориентированным вдоль его продольных сквозных пазов и поджатых посредством распадающихся узлов, выполненных в виде разрывных болтов, оси которых размещены параллельно касательной к окружности этого шпангоута.

13. Ракета по пп. 1, 3, 7, 10 12, отличающаяся тем, что распадающиеся узлы крепления частей оболочек головного обтекателя в дополнительной поперечной плоскости разъема выполнены в виде разрывных болтов, оси которых ориентированы вдоль продольной оси обтекателя.

14. Ракета по пп.1, 3, 7, 10 13, отличающаяся тем, что с наружной стороны каждой части оболочки по обе стороны от дополнительной поперечной плоскости разъема установлены жестко скрепленные с ними и контактирующие друг с другом в поперечной плоскости головного обтекателя кронштейны, поджатые друг к другу разрывными болтами.

15. Ракета по пп.1, 3, 7, 10, 14, отличающаяся тем, что с наружной стороны каждой части оболочки головного обтекателя по обе стороны от дополнительной плоскости поперечного разъема между распадающимися узлами крепления частей оболочек установлены жестко скрепленные с ними дополнительные кронштейны, причем кронштейны части оболочки с замкнутым торцом содержит ориентированный по касательной к окружности дополнительной плоскости поперечного разъема и смещенный по радиусу вал, взаимодействующий с ответным открытым пазом кронштейна, скрепленного со шпангоутом другой части оболочки, при этом паз кронштейна открыт в сторону противоположного шпангоута этой части оболочки, а сам паз образован сходящимися плоскими поверхностями, сопрягаемыми с цилиндрической поверхностью, ось которой направлена по касательной к окружности дополнительной плоскости поперечного разъема частей оболочек и смещена по радиусу, а паз расширяется по мере удаления от цилиндрической поверхности.

16. Ракета по пп.1, 3, 7, 10 15, отличающаяся тем, что вал выполнен с резьбовыми отверстиями, ориентированными перпендикулярно его продольной оси и соединен со своим кронштейном посредством болтов, ввернутых в резьбовое отверстие вала.

17. Ракета по пп.1, 3, 7, 10 16, отличающаяся тем, что устройство увода и дополнительный кронштейн с валом разнесены по периметру поперечного сечения обтекателя и вдоль его оси.

18. Ракета по пп.1, 3, 7, 10 17, отличающаяся тем, что угол по окружности между дополнительным кронштейном с валом и двигателем увода составляет 178 182^o.

19. Ракета по пп.1, 3, 7, 10 18, отличающаяся тем, что продольные узлы деления части незамкнутой оболочки выполнены в виде металлических лонжеронов, выполненных из двух частей, соединенных каждая с оболочкой и со шпангоутами по разные стороны сквозного паза и между собой заклепочными швами и винтами, при этом в зазоре между частями лонжерона установлены детонирующие удлиненные заряды, а часть оболочки с незамкнутым торцом выполнена цилиндрической.

20. Ракета по пп. 1, 3, 7, 10 19, отличающаяся тем, что на торцевом шпангоуте, размещенном на части оболочки с незамкнутым торцом со стороны дополнительной поперечной плоскости разъема, на наружной и внутренней его торцевых поверхностях имеются кольцевые пазы и закрепленные в них криволинейные балки переменного поперечного сечения, при этом криволинейные балки закреплены на каждой стороне продольного сквозного паза торцевого шпангоута так, что одна из балок каждого продольного сквозного паза пересекает его и плотно контактирует с боковой поверхностью другой балки, закрепленной на другой стороне продольного сквозного паза.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14