Многоразовый транспортный воздушно-космический аппарат
,, SU Зб2543 А1
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (Si)s В 64 г 1 44
ПРИ Гкнт СССР Г
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕтеНИЙ
М A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Изобретение относится к авиационно" космической технике, а именнб к транспортным воздушно-космическим аппара" там, предназначенным для выведения на околоземные орбиты космических объектов полезных грузов) различнаго назначения и возвращения с орбиты на
Землю различных полезных грузов и кас" мических объектов, а,также для выпал" нения Функций орбитальной станции.
Известен многоразовый воздушно-Космический аппарат (МВКА), содержащий первую ступень, включающую два ракет-
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ.1 (21) 28?4346/23 (22) 02.10.79 (46) ?3.06.9?. Бюл. Y 23 (72),Р„В. Аксенов, В.С.Ильюшин, В.П. Бурдаков и М„П. Тетерин . (53) 629.78(088.8) (56) Ануреев И.g., Ракеты многократ" ного использования. М., Воениздат.
1975, с. 167„
Авторское свидетельство СССР
Y 580696, кл. В 64 r; 1/00, 1975. . (54)(57) МНОГОРАЗОВЫЙ ТРАНСПОРТНЫЙ
ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ, содержащий корпус-крыло, выполненное в виде круглого диска, основную и вспомогательную двигательные установки, аэродинамические поверхности стабилизации и управления, систему управле-. ния, топливные баки, бортовую энерге" тииескую установку, отсек полезной нагрузки, кабину экипажа и шасси, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности выведе2 ния полезной нагрузки на орбиту, повышения надежности и улучшения эксплуатационных характеристик, силовой набор корпуса-крыла выполнен в виде кольцевой фермы и связанных с ней продольных ферм, к которым прикреплены стрингеры с обшивкой.
2, Аппарат по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что топливные баки ос" новной двигательной установки выполнены цилиндрическими и расположены внутри контура кольцевой фермы между продольными фермами.
3. Аппарат по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что отсек полезной нагрузки .расположен в передней части .корпуса-крыла no его оси между кольце. Я . вай Фермой и продольными фермами.
4. Аппарат по п.1, о т л и ч а ю щ и й" с я тем,что активные элементы бортовой энергетической установки размещены на г верхней поверхности корпуса-крыла, or- e раниченной контуром кольцевой фермы и закрыты поворотными крышками.,М ных твердотопливных блока вторую сту пень, включающую внешний бак для о< 4 понентов топлива и орбитальную сту пень (транспортный кора ль), выпал" ненную в форме самолета, при этом ра" кетные блоки установлены по бокам внешнего топливного бака, а транспорт-,. ный корабль - на его кормовой части сверху. На верхней поверхности Фюзеляжа транспортного корабля выполнен от" сек полезной нагрузки, а в хвостовом ;отсеке расположены основная и вспомогательные двигательные установки;
862543 старт-MB) Недостатками указанного МВКА явля- контуру корпуса-крыла второй ступени. Недостатками указанной системы яв5 - применение на первой ступени ляются: твердотопливных двигателей снижает трудности обеспечения высокой импульс двигательной установки и энер- эксплуатационной надежности, обусловгетическую отдачу МВКА; ленные как трехступенчатои схемои — ограниченный диапазон азимутов МВКС, так и конструктивным отличием запуска MBKA ступеней и увеличением соответствуют возможность падения на Землю ос- щей им номенклатуры двигателеи, агретатков несгоревшей конструкции внешне- гатов и систем; го топливного бака одноразового при- 11 — сложность эксплуатации, обусловменения, что представляет серьезную ленная трудностями подготовки и обопасность служивания такой системы в связи с усФ - для вертикального старта ИВКА тановкой на ступенях и ТКК широкои нотребуется большая тяговооруженность менклатуры двигателей, оборудования, (1,45), что усложняет компоновку аппа- 20 аппаратуры и использования различных" рата и требует создания сложного, гро- компонентов топлива, что приводит к моздкого и дорогостоящего стартового существенному увеличению времени подкомплекса; готовки МВКС к применению; - низкое аэродинамическое качество - необходимость иметь аэродромы или транспортного корабля в широком ди- 2S посадочные площадки для вторых ступе" апазоне скоростей полета приводит к ней, где после посадки производится их тому, что транспортный корабль имеет осмотр, дозаправка топливом для вспоограниченный маневр и не обеспечит в могательных турбореактивных двигателей случае необходимости спуск с любого и перегон на базу (космодром). витка орбиты с посадкой на своей тер- 30 Цель изобретения - повышение операритории; тивности выведения полезной нагрузки сложность эксплуатации МВКА; на орбиту, повышение надежности и - низкая оперативность подготовки улучшения эксплуатационных характерисИВКА к применению; тик. низкая конструктивно-технологи- З Указанная цель достигается тем, 35 ческая преемственность МВКА для разра- что силовой набор корпуса-крыла выполботки аппаратов такого типа второго и нен в виде кольцевой фермы и связанпоследующих поколений„ ных с ней продольных ферм, к которым Наиболее близким из известных тех" прикреплены стрингеры с обшивкой. нических решений является многоразовая go Топливные баки основной двигательвоздушно-космическая система (МВКС), ной установки выполнены цилиндрически" содержащая двухступенчатый разгонный ми и расположены внутри контура коль" блок и транспортный космический ко- цевой фермы между продольными фермами. рабль (ТКК), где обе, ступени и TKi< co- Отсек полезной нагрузки расположен держат корпус-крыло, основную и вспо- 4 в передней части корпуса-крыла по его могательную двигательные установки, оси между кольцевой фермой и продольаэродинамические поверхности стабили- ными фермами. зации и управления, систему управле" Кроме того, активные элементы борния, топливные баки, бортовую энерге- товой энергетической установки разметическую установку и отсек полезной 0 щены на верхней поверхности корпусанагрузки, кабину экипажа и шасси. Обе крыла, ограниченной контуром кольце- тупени выполнены в форме полудисков, вой фермы, и закрыты поворотными а ТКК - в фоРме диска, пРи этом веРх- крышками. няя плоская поверхность корпуса-крыла На фиг. ) схематично изображен мнопервой ступени состыкована с нижнеи горазовый транспортный воздушно-космиплоской поверхностью корпуса-крыла ческий аппарат (ИТАКА) вид сверху; на второй ступени, а ТКК установлен в Ьиг, 2 - то же, вид снизу; на фиг. 3центре корпуса крыла второй ступени то же, вид сзади; на фиг, ч - то же, на подвешенных к нему сбрасываемых- вид сбоку; на фиг. 5 — то яе, вид спеторые, в целях повышения надежности МТВКА, сдублированы и разнесены симметрично относительно продольной оси служат для ориентации и стабилизации аппарата в космосе и в верхних слоях атмосферы, соответственно по тангажу 17, по рысканию - 18 и верньерные лвигатели малой тяги 19, в целях повышения эффективности ориентации и стабилизации аппарата по крену и уменьшения расхода топлива, двигатели малой тяги 20 разнесены относительно продольной оси к периферии корпуса-кры", ла (фиг. 6). Лля обеспечения надежной и эффективной автономной транспортировки МТВКА (по самолетному) с завода на космодром или при перебазировании с одной базы на лругую, а также для отработки первого этапа летных испыта" ний МТВКА на дозвуковых скоростях служат вспомогательные съемные турбореактивные двигатели 21, которые уста-. навливают в кормовой части аппарата, под центральным днищем, симметрично относительно продольной оси (фиг.2;7). Для программной стабилизации центра тяжести МТВКА в полете, а .также для удобства размещения оборудования, аппаратуры, систем и коммуникаций, цилиндрические топливные баки жидкого воророда 22 для основных (маршевых) двигателей смонтированы внутри силовой кольцевой фермы (где аппарат имеет максимальную толщину корпуса-крыла) параллельно продольной оси, при этом расходный бак жидкого водорода 23 установлен непосредственно за отсеком полезной нагрузки, баки окислителя (жидкого кислорода) 24 для основ" ных двигателей установлены внутри конической части корпуса-крыла симметрично относительно вертикальной оси аппарата, при этом два бака окислите" ля 25 установлены симметрично относи" тельно продольной оси аппарата между кабиной экипажа, передними нишами шасси и силовой кольцевой фермой. Лля снабжения топливом двигателей маневра в космосе и спуска с орбиты установлены баки 26, а для снабжения топливом двигателей малой тяги ориентации и стабилизации аппарата уста" новлены баки соответственно: для двигателей ориентации и стабилизации no . тангажу, рнсканию и для верньерных двигателей - баки 27, для двигателей 1 5 862543 реди; на фиг. 6 — схематично изображена конструктивно-силовая схема аппарата; на фиг. 7 — разрез А-А на Фиг.6; на фиг. 8 - разрез Б-F на фиг. 6; на фиг. 9 - двигательная установка, вид В но фиг. 6. Многоразовый транспортный воздуш- . но-космический аппарат включает корпус 1, выполненный в форме единого, не" разъемного в полете круглого диска. В центральной части аппарата, где он имеет максимальную и постоянную толщину профиля, вдоль пролольной оси расположен отсек полезной нагрузки 2, перед кабиной экипажа 3. Отсек полезной нагрузки закрывается створками 4. На верхней повеохности аппарата, в кормовой асти, вдоль продольной оси установлен киль 5 с трехсекционным ру- 20 лем поворота 6. Нижняя поверхность киля 5 имеет пройилированный вырез (фиг. 4,7)„ У задней кромки корпуса-крыла аппарата симметрично относительно про- 25 дольной оси установлены четырехсекционные элевоны 7 для управления по крену и тангажу в плотных слоях атмосферы. Кабина 3 включает два отсека " (фиг. 6 7) - одноэтажный отсек 8 30 космонавтов-пилотов и двухэтажный отсек 9 для работы космонавтов-исследо- . вателей и отдыха экипажа, который связан через переходный тоннель 10 с отсеком полезной нагрузки. На верхней поверхности аппарата (фиг. 6, 7) между кабиной экипажа и отсеком полезной нагрузки расположен стыковочный узел 11 для стыковки на орбите с другими космическими объекта- ми, который через шлюзовую камеру 12 связан с переходным тоннелем 10. В корпусе-крыле аппарата, у задней кромки, выполнен симметрично относи" тельно продольной оси вырез, где ус" тановлены в кардановых подвесах основные (маршевые) двигатели, например, ЖРД на компонентах жидкий водород + жиркий кислород, при этом между дви" гателями с изменяющейся в полете сте- 5р пенью расширения сопла 13 в одном ряду установлены и двигатели 14 с постоянной степенью расширения сопла. В блоке основной двигательной установки размещены двигатели 15 для маневра в кос- >5 мосе и в верхних слоях атмосферы, а также для схода с орбиты; кроме того, здесь же установлены два блока вспомогательных двигателей малой тяги 16, ко862543 Для уборки тележек шасси в корпусерыле ИТВКА выполнены ниши 42. Продольно-поперечный набор элевонов вертикального опережения, как и у самолетов, включает лонжероны 43, стрингеры 44, нервюры 45. На верхней поверхности корпуса-крыла аппарата смонтированы крышки (створки) 46, представляющие в плане форму сегментов, расположенных симмет-. рично относительно пророльной оси аппарата, которые (например на орбите) поворачиваются вокруг осей 47, открывая поверхности активных элементов 48, вхорящих в состав бортовой энергетической установки. Внутренний объем 49, расположенный на периферии корпуса-крыла аппарата по обе стороны от кабины экипажа, служит для размещения лабораторнотехнологических, производственных и жилых отсеков (фиг. 6) . Для создания на ИТВКА искусственной весомости при орбитальном полете используются двигатели малой тяги 19 (фиг. 9), создающие момент вращения аппарата вокруг его вертикальной оси. Выбранная компоновка одноступенчатой схемы ИТВКА обеспечивает ему высокие аэродинамические, летно-технические и эксплуатационные характеристики, что в сочетании с другими кон- . структивными решениями, применяемыми s д а нHнHоoм п р еeд л оoж еeнHи и, позволит качественно улучшить важнейшие тактико-технические характеристики.: - вследствие освобождения поверхности корпуса-крыла ИТВКА от встроенных в нее рулей глубины и элеронов двусторонней схемы, турбулизирующих, воздушный поток при своем отклонении на большей. части эффективной поверхности корпуса-крыла, замены их элевонами и размещения их у задней кромки, улучшаются аэродинамические характеристики (уменьшается лобовое сопротивление, увеличивается несущая способность корпуса крыла и аэродинамическое качество на 154 и повышается эффективность рулей); - снимаются с повестки дня такие сложные вопросы, как разделение ступеней, их возвращение на базу или посадка на промежуточный аэродром по трас,се запуска с последующим техническим осмотром и заправкой топливом для перебазирования на основную базу, что повышает надежность аппарата; ориентации и стабилизации по кренубаки 28. к Различные комплекты топливных баков 29 (на различные дальности поле" 5 и та) для вспомогательных съемных TPllll устанавливаются в сегментных объемах между крайними водородными баками 22 и участком кольцевой силовой Фермы. Рля предохранения двигателей основ")p ной и вспомогательной двигательных установок от горячих газов при спуске ИТВКА с орбиты служит четырехсекционный щиток 30, который установлен снизу в вырезе кормовой части аппарата и закреплен на силовой ферме крепления основной двигательной установки. Щиток может эффективно применяться на взлете и посадке для увеличения подъемной силы. Для посадки экипажа в кабину 3 служит люк 31, выполненный на верхней поверхности кабины. Для лучшего обзора в полете на взлете и посадке в передней части кабины установлено жаро- 25 упорное остекление 32. ИТВКА имеет четырехапорное шасси 33, которое обеспечивает стояночный угол атаки корпуса-крыла аппарата 3 градуса (за счет разности высот Зо амортизационных стоек шасси). Конструктивно силовая схема корпуса крыла ИТВКА включает продольный и по.перечный силовой набор, при этом весь продольно-поперечный набор разделен 35 силовой кольцевой фермой 34 на два типа: один заключен внутри кольцевой "." фермы и придает ей и всей конструкции высокую жесткость и прочность и включает продольные силовые фермы 35, кото- 4р рые установлены с обеих сторон отсека полезной нагрузки и расходного бака жидкого водорода от кабины до силовой конструкции отсека основной двигательной установки аппарата, а также - меж 45 ду баками жидкого водорода для основной двигательной установки; продольнопоперечный силовой набор, к которому прикреплена обшивка центральной части корпуса аппарата, смонтирован внутри кольцевой фермы 34 с обеих ее сторон и выполнен в форме стрингеров 36. Второй тип продольно-поперечного набора установлен на конической части корпуса крыла аппарата и включает лучевые стрингеры 37 и шпангоуты 30. Продольные силовые Фермы 35 включают полки 39, подкосы 40 и подкрепляющие стойки 41. J 86254 - наличие в предлагаемом аппарате на периферии корпуса-крыла в передней полусфере. больших обьемов под лабораторно-технологические, производствен-. ные и жилые отсеки в сочетании с установкой на верхней поверхности корпусакрыла аппарата активных элементов бортовой и энергетической установки для снабжения бортовой аппаратуры и оборудования практически нелимитированной электроэнергией на орбите, с учетом возможности создания искусственной весомости и получения перегрузки, близкой к земным условиям (0,7-1,0g) позволяет использовать ИТВКА и в ка- честве орбитальной станции, значительно повышаяч его техническую и экономическую эффективность; - существенно улучшаются условия 20 эксплуатации аппарата вследствие как уменьшения количества ступеней, так и отсутствия необходимости иметь для эксплуатации NTBYA штатные промежуточные аэродромы или специально подго- 25 товленные посадочные площадки, укомплектованные соответствующими штата1 tV ми специалистов, комплектом специаль-.. ного оборудования и аппаратуры и обеспечения соответствующими компонентами топлива, все это качественно повышает готовность к применению, мобильность и оперативность применения ИТВКА, - вследствие одноступенчатой схемы ИТВКА затраты на разработку снижаются ориентировочно на 40О;; - затраты на эксплуатацию HTBKA : сокращаются ориентировочно в 2,5 раI .за; - при разработке ИТВКА можно будет использовать существующие образцы двигателей, оборудования и аппаратуры, хорошо себя зарекомендовавшие s эксплуатации, что дополнительно снизит сроки и затраты на разработку; — предложение будет обладать хорошей конструктивной и технологической преемственностью (после его разработки) с учетом перспективы развития авиационно-космической техники, атомной и новейшей энергетики. 862 4З Техред И.Иоргентал Корректор Л. Пилипенко Редакор Е. Гиринская Заказ 2812 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при II 113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Пронзводствеянэ-нэдательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина,101
