ТОПЛИВНЫЙ БАК МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ РАКЕТЫ НА ЖИДКОМ ТОПЛИВЕ

Полезная модель относится к области ракетной техники, а более конкретно к конструкции топливного бака многоступенчатой ракеты на жидком топливе.
Известны конструкции топливных баков многоступенчатых ракет на жидком топливе Ρ - 1 (8А11), Р - 2 (8Ж38), Ρ - 12 (8К63), Ρ - 13 (4К-50), Р - 21 (4К-55) [1, 2, 3], содержащие днища (верхнее и нижнее), цилиндрическую оболочку и проходящий внутри бака с компонентом топлива расходный трубопровод смежного бака, заключенный в тоннельную трубу.
В соответствии с ГОСТ 22350-91 [4] тоннельная труба топливного бака корпуса ракеты на жидком топливе служит защитой от температурного воздействия компонентов топлива между собой и исключения их соединения, что особенно актуально при использовании в качестве компонентов топлива самовоспламеняющихся веществ.
В случае применения самовоспламеняющихся компонентов топлива зазор между тоннельной трубой и расходным трубопроводом обеспечивает надежную защиту конструкции ракеты от взрыва в случае наличия (несплошности) в материалах как тоннельной трубы, так и расходном трубопроводе.
При несанкционированном проникновении компонентов топлива через микропоры материалов тоннельной трубы и расходной магистрали и последующем их взаимодействии между собой в зазоре между тоннельной трубой и расходной магистралью происходят микровзрывы, не влияющие на взрывобезопасность ракеты.
Известны запатентованные технические решения ракеты - носителя и двигательной установки [5, 6], в которых в баках с компонентами топлива проложены расходные магистрали (трубопроводы), заключенные в тоннельные трубы. В указанных выше конструкциях на внешних поверхностях расходных магистралей установлена теплозащита (см. соответственно Фиг. 5 и Рис. 1 к указанным выше патентам), при этом, как видно из чертежей, тоннельные трубы и расходные магистрали с нанесенной теплозащитой установлены между собой с зазором.
Известна запатентованная конструкция [7], в которой расходный трубопровод установлен в тоннельной трубе, проходящей через бак окислителя (Фиг. 6 к патенту России 2406660), также с зазором, как и в приведенных выше конструкциях.
К недостаткам конструкций, указанных выше, является то, что конструктивно не связанные между собой тоннельные трубы и расположенные в них расходные магистрали с точки зрения прочности и устойчивости работают независимо друг от друга, в связи с чем имеют повышенные толщины и соответственно вес.
Известна также конструкция бака окислителя ракеты Ρ - 17 (8К14) [8], который является силовым элементом конструкции ракеты. Внешняя поверхность бака совпадает с теоретическим обводом ракеты, а внутренняя полость бака предназначена для хранения окислителя. Бак снабжен передним и задним днищами. На заднем днище смонтирован заборник, обеспечивающий надежный забор окслителя. В баке проходит тоннельная труба, внутри которой размещается расходная труба горючего. Тоннельная труба имеет зиги, повышающие ее устойчивость. В состав тоннельной трубы входит сильфон, который является компенсатором деформации бака при работе.
Конструкция бака изделия 8К14 [9], является наиболее близким аналогом и может быть принята за прототип.
Задачей патентуемой полезной модели является получение технического результата, обеспечивающего возможность совместной работы тоннельной трубы и расходного трубопровода, как единой прочностной схемы, и проведение контроля кольцевого зазора между тоннельной трубой и расходным трубопроводом на предмет наличия компонентов топлива.
Этот технический результат достигается тем, что в топливном баке многоступенчатой ракеты на жидком топливе, содержащем цилиндрическую обечайку, нижнее днище с заборным устройством, верхнее двойное разделительное днище со смежным баком, проходящий внутри бака расходный трубопровод смежного бака, заключенный в тоннельную трубу, снабженную зигами и сильфоном, на внешней поверхности расходного трубопровода смежного бака установлена опора в виде спирального ребра из пенополиуретана, контактирующего с внутренней поверхностью тоннельной трубы.
Такая конструкция обеспечивает совместную работу расходного трубопровода и тоннельной трубы как единой прочностной схемы, что позволяет существенно снизить толщину (а соответственно вес) тоннельной трубы и расходного трубопровода, увеличить прочность и устойчивость тоннельной трубы в процессе эксплуатации, при этом обеспечивается возможность проведения контроля кольцевого зазора между тоннельной трубой и расходным трубопроводом на предмет наличия в нем компонентов топлива.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, где: - на Фиг. 1 изображен топливный бак ракеты в разрезе;
- на Фиг. 2 показан выносной элемент I на Фиг. 1.
Топливный бак 1 многоступенчатой ракеты на жидком топливе, содержит цилиндрическую обечайку 2, нижнее днище 3 с заборным устройством 4, верхнее двойное разделительное днище 5 со смежным баком 6, проходящий внутри бака 1 расходный трубопровод 7 смежного бака 6, заключенный в тоннельную трубу 8, которая служит защитой от температурного воздействия компонентов топлива между собой и исключает их соединение. Для повышения прочности и устойчивости при эксплуатационных нагрузках (внешнее избыточное давление и вибрация) тоннельная труба снабжена зигами 9, а для компенсации температурных расширений - сильфоном 10. На внешней поверхности расходного трубопровода 7 смежного бака 6 установлена опора в виде спирального ребра 11 из пенополиуретана, контактирующего с внутренней поверхностью тоннельной трубы 8.
Патентуемая конструкция проста в изготовлении. Так, например, после нанесения на внешнюю поверхность расходного трубопровода 7 спирального ребра 11 из полиуретана и последующего его отверждения производят механическую обработку ребра из полиуретана под внутренний диаметр тоннельной трубы, после чего тоннельную трубу 8 с натягом (или по скользящей посадке) устанавливают на обработанную поверхность ребра 11.
Можно также применить другие технологии. Например, заранее отдельно изготовленное спиральное ребро 11 надеть на расходную магистраль, а затем установить тоннельную трубу.
Такая конструкция обеспечивает совместную работу расходного трубопровода и тоннельной трубы как единой прочностной схемы, что позволяет существенно снизить толщину (а соответственно вес) тоннельной трубы и расходного трубопровода.
Полезная модель позволяет в целом уменьшить вес конструкции топливного бака, увеличить прочность и устойчивость тоннельной трубы в процессе эксплуатации.
Источники информации:
1. Последняя реинкарнация ФАУ-2. Техника и вооружение nnre. ru>transport_i_aviacija…vooruzhenie_2010_01…
2. Ракетный комплекс Ρ - 12 (11К63).
3. Каталог. Баллистические ракеты морских стратегических ядерных сил СССР России 1947-2012. - М: Издательский дом «Оружие и технологии», 2012. - 108 с; ил.
4. ГОСТ 22350-91 Корпус ракеты на жидком топливе. (Термины и определения).
5. Патент RU 2331550. Ракета-носитель, кл. МПК B64G 1/00, B64G 1/40(2006.01). Приоритет от 09.01.2007 г.
6. Патент RU 2238422. Двигательная установка первой ступени ракеты-носителя воздушно-космической системы, кл. МПК F02K 9/44. Приоритет от 10.11.2002 г.
7. Патент RU 2406660. Компоновка многоступенчатой ракеты-носителя, кл. МПК B64G 1/00 (2006.01). Приоритет от 20.12.2010 г.
8 Техническое описание изделия 8К14 (8К14-1) (ОП/8К14) Глава V. Средняя часть. 2. Баки и расходная труба. http://raketa-http://8kl4.narod.ru/indexl_5_2.html, 03.04.2013