Министерство образования Российской Федерации

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский авиационный институт (государственный технический университет) «МАИ»

Утверждено на заседании кафедры 601 как учебное пособие в 2000 г.

Методическая записка к лабораторной работе

«Устройство изделия 5 (ракета 8К51 типа Р-5)»

В.Н. Гущин

Москва 2004 г.­

Содержание

ЦЕЛЬ РАБОТЫ ……………………………………………………………………….
ПЛАН РАБОТЫ ………………………………………………………………………
1. Общие сведения ……………………………………………………………….
2. Описание устройства ………………………………………………………
2.1. Носовая часть …………………………………………………………………..
2.2. Система отделения носовой части ……………………………………………
2.3. Средняя часть …………………………………………………………………..
2.4. Устройство бака горючего ……………………………………………………
2.5. Устройство межбакового отсека ……………………………………………..
2.6. Устройство бака окислителя ………………………………………………….
2.7. Устройство корпуса хвостовой части ………………………………………...
2.8. Устройство органов управления ……………………………………………...
2.9. Двигательная установка изделия ……………………………………………..
Приложение ………………………………………………………………………..

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является самостоятельное изучение устройства, двигательной установки, системы управления изделия 5 по описанию и изделию.

ПЛАН РАБОТЫ

1. Ознакомление с устройством изделия 5.

2. Выполнение эскиза компоновки изделия.

3. Сдача зачета по лабораторной работе преподавателю.

1. Общие сведения

Основные характеристики изделия 5 приведены в таблице 1. Его компоновка показана на рисунке 1 (см. Приложение).

Изделие 5 оснащено реактивным двигателем, работающим на жидком топливе (горючее – водный раствор этилового спирта 92% концентрации, окислитель – жидкий кислород 99% концентрации).

Система управления изделия 5 является комбинированной и состоит из автономной системы, все приборы которой находятся на изделии и не требуют управления с Земли, и системы боковой радиокоррекции. Ее приборы находятся и на изделии, и на Земле; эта система во взаимодействии с автономной системой удерживает центр масс изделия в плоскости полета.

2. Описание устройства

Изделие состоит из следующих основных частей: носового отсека, средней части, хвостовой части.

Характерными конструктивными особенностями изделия 5 являются:

1) отделяющийся в полете носовой отсек;

2) несущие топливные баки;

3) отсутствие конструктивно выделенного приборного отсека;

4) применение графитированного насадка сопла двигателя.

Выполнение отделяющегося в полете носового отсека позволяет:

а) рассчитывать конструкцию изделия (кроме носовой части) на прочность только из условий полета на активном участке траектории, т.е. выполнить конструкцию изделия легкой по массе;

б) отказаться от стабилизирующего оперения ЛА или выполнить его не большим, что уменьшает пассивную массу и габариты изделия;

в) облегчить тепловую защиту корпуса изделия. Проблема защиты от нагрева корпуса изделия снимается, так как при средней дальности полета оболочка корпуса нагревается на активном участке полета до сравнительно небольших температур.

Необходимо, таким образом, защищать от нагрева только носовую часть, внешняя поверхность оболочки которой при входе в атмосферу может нагреваться до высоких температур.

Несущими топливными баками называются такие, которые представляют собой часть конструкции корпуса и воспринимают нагрузки приходящиеся на корпус.

Отказаться от конструктивно выделенного приборного отсека на данном ЛА позволило то, что, корпус каждого прибора выполнен герметичным.

Применение графитированного насадка сопла двигателя позволяет увеличить степень расширения газов, выходящих из сопла и тем самым увеличить тягу двигателя в пустоте. Кроме того, насадок защищает днище хвостовой части, опорные кронштейны и детали рулевого агрегата от теплового воздействия газов.

2.1. Н о с о в а я ч а с т ь

Носовой отсек служит для размещения в нем полезного груза и состоит из графитированного наконечника, носовой части, конического стабилизатора носовой части (стабилизирующей юбки), днища и экрана.

Наконечник предназначен для размещения прибора для управления функционированием полезного груза и предохранения его от высоких температур в полете. Наконечник представляет собой стальной конус с теплоизоляционным покрытием из асботекстолита. На переднюю, часть корпуса навернут карбидно-графитовый конус, образующий вершину ЛА.

Носовая часть состоит из стальной оболочки конической формы, головной втулки, к которой крепится наконечник, шпангоута в средней части для крепления полезного груза и стыкового шпангоута, при помощи которого носовая часть соединяется с носовым стабилизатором. Носовая часть снаружи покрыта асботекстолитом для предохранения полезного груза от действия высоких температур в полете.

Внутри корпуса носовой части к оболочке приварены бобышки для крепления электропроводки носового узла и системы электрообогрева. Электрообогрев предназначен для поддержания температуры воздуха в носовом отсеке в интервале от 5 до 35℃ при низкой температуре окружающего воздуха.

Носовой стабилизатор предназначен для обеспечения устойчивого полета носового отсека. Носовой стабилизатор смещает центр давления носовой части за центр тяжести.

Носовой стабилизатор имеет форму усеченного конуса и представляет собой клепаную конструкцию, состоящую из двух полуоболочек из сплава алюминия, подкрепленных четырьмя шпангоутами (двумя торцевыми и двумя промежуточными).

Полуоболочки соединены двумя продольными накладками. На наружную поверхность оболочки нанесено теплоизоляционное покрытие из асботектолита.

К заднему торцевому шпангоуту носовой части присоединена стальная сварная ферма для крепления полезного груза. На заднем торцевом шпангоуте носового стабилизатора размещен экран и предусмотрены отверстия для двух стяжных болтов.

Днище служит для герметизации внутренней полости носовой части и предохраняет ее от изменения температуры в условиях старта. Днище сварено из штампованной алюминиевой оболочки, шпангоута и фланцев для крышек люков. На внутренней поверхности днища нанесен методом вспенивания слой пенопласта. На поверхности пенопласта наклеены четыре секции электрической системы внутреннего подогрева. Днище имеет пять люков, из которых два больших люка – монтажные, а остальные три предназначены для вывода электропроводки. На крышке центрального люка установлена опора, воспринимающая усилие от толкателя механизма отделения. Опора представляет собой сварную конструкцию с приклеенным резиновым буфером, воспринимающим и смягчающим удар в момент отделения носового отсека.

Экран предохраняет внутреннюю часть стабилизатора от воздействия внешней среды в полете со стороны донной части. Экран состоит из стального листа, стакана и ребер жесткости.

2.2. С и с т е м а о т д е л е н и я н о с о в о й ч а с т и

Для отделения носовой части от корпуса изделия в начале пассивного участка траектории предусмотрена специальная система. Эта система состоит из толкателя носовой части, системы трубопроводов и двух стяжных болтов. Стяжные болты крепятся к заднему торцевому шпангоуту носовой части и являются элементами, соединяющими носовую часть с корпусом изделия на активном участке траектории. Каждый стяжной болт состоит из корпуса, стакана, гайки, штока с напрессованной на него втулкой, пружины и трех шариков. Пневмотолкатели стяжных болтов служат для управления раскрытием стяжных болтов и крепятся к фитингам стыковочного шпангоута бака горючего. На корпусе пневмотолкателя имеется штуцер для подвода сжатого воздуха.

Толкатель носовой части предназначен для сообщения носовой части скорости относительно корпуса изделия, необходимой для ее отделения. Толкатель установлен в центре крышки люка-лаза бака горючего. Он состоит из корпуса со штуцером, поршня с головкой, втулки с уплотнением, гайки, разрывной шпильки. Разрывная шпилька соединяет головку поршня с гайкой, ввинченной в корпус, и крепится к ним при помощи двух шплинтов. В средней части разрывной шпильки имеется ослабленное сечение, диаметр которого подобран таким образом, чтобы шпилька разрывалась при приложении к ней усилия, равного 1000±60Н.

Действие механизма отделения сводится к следующему. При подаче команды на отделение срабатывает электропневмоклапан, установленный на пневмощитке изделия. В результате этого сжатый воздух поступает в трубопроводы, подводящие управляющее давление к штуцерам пневмотолкателей стяжных болтов и толкателя носовой части.

Штоки пневмотолкателей стяжных болтов под давлением воздуха выходят из корпусов, упираются во втулки и, преодолевая усилие пружин, сдвигают штоки стяжных болтов в крайнее положение. Шарики, потеряв опору, выталкиваются стенкой конической проточки внутрь стакана и освобождают его от корпуса, обеспечивая тем самым раскрытие стяжных болтов. Носовая часть освобождается от корпуса изделия. Раскрытие стяжных болтов происходит практически одновременно со срабатыванием электропневмоклапана. Давление под поршнем толкателя носовой части нарастает медленнее, чем в пневмотолкателях стяжных болтов. При этом поршень удерживается от перемещения разрывной шпилькой, соединяющей его с корпусом толкателя. При достижении давления под поршнем 0,8 МПа (что соответствует усилию на штоке толкателя около 1000Н) разрывная шпилька разрушается и освобождает поршень толкателя, который выходит из корпуса, упирается в буфер носовой части и отталкивает ее от корпуса изделия, сообщая при этом начальную скорость, равную 2,5 м/с. Команда на отделение носовой части от корпуса подается через 5 сек. после отдачи главной команды на выключение двигателя, когда тяга двигателя становится равной нулю.

2.3. С р е д н я я ч а с т ь

Средняя часть состоит из переднего бака (для горючего) объемом 12,1 м³ и заднего бака (для окислителя) объемом 13,2 м³. Средние части баков из конструкции изделия изъяты из-за стесненного положения в лаборатории.

2.4. У с т р о й с т в о б а к а г о р ю ч е г о

Бак горючего является силовым отсеком корпуса изделия. Бак состоит из переднего днища, корпуса бака и заднего днища, сваренных между собой аргоно-дуговой сваркой.

Переднее днище состоит из штампованной оболочки, обечайки днища и стыковочного шпангоута. На днище эллиптической формы расположены фланец люка-лаза, два патрубка наддува с кронштейнами для крепления клапанов наддува, фланец для крепления указателя наполнения, штуцер для вывода проводки электромагнитного замка указателя наполнения, штуцер с трубопроводом перелива, четыре кронштейна для крепления штепсельных разъемов.

На крышке люка-лаза смонтирован толкатель носового отсека. Люк-лаз предназначен для выполнения работ внутри бака в процессе его изготовления и эксплуатации.

Во время полета необходимое давление в баке горючего создается до 64-й секунды полета скоростным напором атмосферного воздуха через открытые клапаны наддува. На 64-й секунде клапаны закрываются. В дальнейшем в баке горючего происходит расширение имеющегося в нем постоянного количества воздуха по мере расхода спирта.

Наддув топливных баков не только обеспечивает безкавитационный режим работы насосов, но частично разгружает бак и предохраняет его от смятия под действием осевых сжимающих сил.

Указатель наполнения (поплавкового типа) служит для непрерывного измерения уровня горючего на конечной стадии заправки изделия. Перемещение рычага и поплавка ограничено верхним и нижним уровнем. На нижнем уровне установлен электромагнитный замок, предназначенный для удержания рычага с поплавком на нижнем упоре во время хранения и транспортирования изделия.

Штепсельные разъемы обеспечивают разделение электрических цепей носовой части и цепей ЛА.

Обечайка днища приварена к штампованной оболочке днища точечной электросваркой. К переднему торцу обечайки приклепан стыковочный шпангоут. К обечайке и стыковочному шпангоуту приклепаны два фитинга с отверстиями для крепления пневмотолкателей стяжных болтов. В обечайке сделаны лючки для доступа к пневмотолкателям, закрытые крышками с невыпадающими винтами. С внутренней стороны обечайки и стыковочного шпангоута в плоскостях I и III установлены анкерные гайки для крепления наружных обтекателей. На обечайке расположены два отверстия для вывода воздухозаборников труб наддува, которые при заправке используются как дренажные отверстия.

Корпус бака состоит из пяти обечаек, сваренных между собой автоматической аргоно-дуговой сваркой. К обечайкам точечной электросваркой приварены десять шпангоутов Z – образного профиля.

Шпангоуты установлены таким образом, чтобы в процессе выработки топлива оно не скапливалось в пространстве между шпангоутами и стенкой бака. На обечайках установлены кронштейны для крепления обтекателя. Обтекатель предохраняет кабели, трубопроводы пневмосистемы и трубу перелива горючего от воздействия потока в полете и от повреждения при транспортировке. В обтекателе, расположенном в створе стабилизатора III, установлены рупорные антенны системы боковой радиокоррекции.

Заднее днище бака горючего состоит из штампованной оболочки, обечайки корпуса и стыковочного шпангоута. К оболочке сферической формы с наружной стороны газовой сваркой приварен фланец для присоединения магистрали горючего и точечной сваркой приварены кронштейны для крепления приборов управления. В месте перехода сферической поверхности днища в цилиндрическую точечной сваркой приварен внутри бака шпангоут корытообразного сечения, воспринимающий радиальные сжимающие силы. В заборном патрубке днища бака установлен воронкогаситель, предотвращающий образование воронки в жидкости и попадание воздуха в трубопровод при расходе горючего в процессе работы двигателя. Воронкогаситель состоит из конуса, закрепленного на опоре.

2.5. У с т р о й с т в о м е ж б а к о в о г о о т с е к а

Обечайка межбакового отсека, имеющая три люка для монтажа и обслуживания приборов управления в межбаковом пространстве, крепится точечной сваркой к заднему днищу бака горючего и вместе с ним и передним днищем бака окислителя образует отсек, предназначенный для размещения приборов. Обечайка подкреплена двадцатью стрингерами уголкового профиля и заканчивается торцевым стыковочным шпангоутом, который приклепан к обечайке. На обечайке имеется также люк с решетчатой крышкой для отвода газообразного кислорода через предохранительный клапан из бака окислителя, кронштейны для установки приборов системы управления и крепления гироплаты.

Предохранительный клапан служит для стравливания газообразного кислорода из бака окислителя в том случае, если избыточное давление в баке превысит величину, опасную из соображений прочности бака. Предохранительный клапан отрегулирован на давление 0,31 – 0,05 МПа.

2.6. У с т р о й с т в о б а к а о к и с л и т е л я

Бак окислителя является силовым отсеком корпуса. Он состоит из переднего днища, корпуса бака и заднего днища, соединенных между собой аргоно-дуговой сваркой.

Переднее днище состоит из штампованной оболочки, обечайки днища и шпангоута.

К штампованной оболочке днища снаружи приварены точечной электросваркой кронштейны для установки приборов системы управления. На оболочке расположены фланец люк-лаза, фланец для крепления тоннельной трубы, фланец для установки предохранительного клапана, фланец для крепления указателя наполнения, штуцер для проводки электромагнитного датчика указателя наполнения и штуцер для замера давления в баке. Снаружи днище изолировано стекловолокном для защиты узлов и агрегатов изделия от воздействия низких температур. Крепление теплоизолирующего материала осуществлено с помощью стальной сетки.

Обечайка днища точечной сваркой приварена к штампованной оболочке днища. К обечайке приклепан стыковочный шпангоут для стыковки бака окислителя с баком горючего.

На линии перехода сферической поверхности днища в цилиндрическую точечной сваркой приварен шпангоут корытообразного сечения, воспринимающий сжимающие усилия.

Корпус бака состоит из пяти сваренных между собой обечаек, подкрепленных десятью шпангоутами Z –образного профиля. Шпангоуты крепятся к обечайкам точечной сваркой.

Внутри корпуса бака расположена тоннельная труба, в которой проходит трубопровод горючего. Во избежание замерзания горючего под действием низких температур трубопровод покрыт слоем теплоизоляции из стекловолокна и обмотан стеклолентой. К фланцам трубопровода крепятся при помощи болтов два латунных сильфона, предназначенные для компенсации температурных деформаций трубопровода, технологических ошибок при сборке трубопровода, а также для уменьшения влияния на трубопровод вибрационных нагрузок, возникающих в полете.

Снаружи к тоннельной трубе крепится дренажная труба. Она служит для сообщения бака с атмосферой, для перелива избытков окислителя при заправке изделия и для наддува бака в полете. Дренажная труба бака сообщается с атмосферой через дренажный клапан, который работает также и в качестве второго предохранительного клапана при повышении давления в баке более 0,31 МПа.

На обечайках бака окислителя установлены кронштейны для крепления обтекателя.

Заднее днище бака состоит из штампованной обечайки шпангоута и обечайки днища. На штампованной оболочке расположены фланец для присоединения магистрали окислителя, заправочная горловина, фланец дренажной трубы и кронштейн, поддерживающий фланец тоннельной трубы. В заборном патрубке установлен конус воронкогасителя.

В целях уменьшения испарения окислителя из-за близости работающего двигателя днища бака окислителя изолируется слоем стекловаты и стеклоткани.

В месте перехода сферической поверхности днища в цилиндрическую для восприятия радиальных сжимающих сил установлен шпангоут и подкрепляющий его профиль, склепанные между собой.

Обечайка днища с приклепанным к ней стыковочным шпангоутом соединена со штампованной оболочкой точечной электросваркой. К обечайке с внутренней стороны приклепаны шестнадцать стрингеров уголкового профиля, четыре пары основных силовых профилей с четырьмя узлами для крепления рамы двигателя и кронштейны для штормового крепления изделия на пусковом столе.

Штормовое крепление применяется при сильном ветре во время подготовки ЛА к пуску.

Обечайка днища имеет люки для заправки изделия спиртом, для вывода шгутов и трубопроводов к приборам и агрегатам двигателя, установленным в хвостовом отсеке.

К стыковочному шпангоуту обечайки днища крепится кольцо для установки рамы двигателя и четыре направляющие штыря.

К кольцу приклепаны четыре кронштейна для крепления торового бака емкостью 400 л для перекиси водорода.

С помощью 24-х тарельчатых болтов бак окислителя стыкуется с корпусом хвостовой части.

2.7. У с т р о й с т в о к о р п у с а х в о с т о в о й ч а с т и

Корпус хвостовой части, в котором размещены некоторые приборы и рулевые агрегаты, является обтекателем двигательной установки и служит для воспринятия опорных усилий при установке изделия на столе и усилий при стабилизации ЛА в полете. Корпус хвостовой части состоит из силовой цилиндрической оболочки, днища и четырех стабилизаторов.

Оболочка корпуса хвостовой части собирается из четырех панелей. Каждая панель состоит из поперечных и продольных силовых элементов. Обшивка присоединена к силовому набору с помощью заклепок. Сегменты шпангоутов каждой панели имеют различные формы поперечных сечений для удобства конструктивной увязки узлов в корпусе хвостовой части. В обшивке панелей имеются люки, закрытые крышкой, состоящие из двух силовых лонжеронов, нервюр и обшивки.

Днище хвостовой части корпуса состоит из наружного кольца, внутреннего кольца, диафрагмы и опорных площадок под кронштейны рулевого агрегата. Наружная торцевая поверхность защищена от теплового воздействия газов двигателя слоем асбеста и стальными листами, укрепленными на днище с помощью винтов. В местах крепления опорных кронштейнов изделия на днище установлены четыре литые плиты, служащие им основанием. К днищу приклепаны два стальных профилированных кольца, одно из которых служит для заделки кольцевого зазора между днищем и двигателем, другое является базой крепления насадка.

Каждая консоль стабилизатора состоит из двух силовых лонжеронов, нервюр и обшивки.

Лонжероны и нервюры – штампованые. Лонжероны заканчиваются фитингами, через отверстия, в которых стабилизатор болтами крепится к оболочке корпуса хвостовой части. Нервюры стабилизатора разрезные. Стыковка отдельных частей нервюр происходит по стенкам и полкам лонжеронов. В средней части стабилизатора приклепаны уголковые стрингеры для подкрепления обшивки. В корневой нервюре укреплена обойма с шарикоподшипником под вал воздушного руля; в кольцевую нервюру вварена втулка, куда впрессован второй подшипник вала воздушного руля.

2.8. У с т р о й с т в о о р г а н о в у п р а в л е н и я

В качестве органов управления на изделии используются четыре газоструйных и четыре воздушных руля.

Газоструйные рули расположены за срезом сопла двигателя в вырезах насадка. Газоструйный руль состоит из графитированного руля, графитированной защиты и арматуры. Предельный угол отклонения газоструйных рулей ±16°.

Воздушный руль состоит из тела руля, выполненного из древеснослоистого пластика, и фланца, выполненного из стали. Угол поворота воздушных рулей ±20°.

Один газовый руль отклоняется одной рулевой машинкой (электрогидравлического типа). Воздушные рули вращаются попарно от одной рулевой машины. Рулевая машинка развивает на валу момент, равный 300±50 Н_*м.

Изделие на столе устанавливается вертикально стабилизатором I в сторону полета так, чтобы его стабилизаторы I и III находились в этой плоскости.

2.9. Двигательная установка изделия

Двигательная установка изделия состоит из двигателя, системы питания компонентами топлива и пневмосистемы.

Двигатель крепится рамой к кольцу. Кольцо закреплено на торцевом шпангоуте восьмью специальными шпильками. На двигательной раме смонтированы агрегаты, обеспечивающие нормальную работу двигателя: турбонасосный агрегат (турбина с тремя насосами: для спирта, кислорода и перекиси водорода), парогазогенератор, испаритель кислорода.

Топливная смесь в двигателе воспламеняется жидкостным зажигательным устройством, баллон которого крепится на поворотной части пускового стола, а штатив – в камере сгорания двигателя. При запуске двигатель сначала выходит на предварительную ступень, а затем на главную.

Выключение двигателя в конце активного участка осуществляется также в две ступени: по предварительной команде происходит снижение тяги до 80 кН, а по главной – полное выключение двигателя.

Система питания горючим представляет собой комплекс узлов и агрегатов, обеспечивающих подачу горючего из бака к спиртовому насосу, трубопроводов заправочной трубы с заправочным клапаном, главным спиртовым клапаном. Главный спиртовой клапан предназначен для управления подачей спирта из зарубашечного пространства сопла двигателя к форсункам камеры сгорания.

В систему питания окислителем входят: предохранительный клапан; трубопроводы, соединяющие бак окислителя с кислородным насосом; трубопровод и клапан подпитки окислителя, установленный на заднем днище корпуса хвостовой части; дренажная труба бака с дренажно-предохранительным клапаном; главный кислородный клапан. Главный кислородный клапан предназначен для управления подачей кислорода от насоса в камеру сгорания.

Пневмосистема представляет собой комплекс узлов и агрегатов, обеспечивающий подачу управляющего воздуха к автоматике двигателя и системе питания (наддув баков горючего, окислителя и торового бака с перекисью водорода), а также отделение носовой части от корпуса ЛА. В пневмосистему входят 7-литровый баллон со сжатым воздухом (давление 20 МПа), смонтированный на торовом баке, редукторы, трубопроводы, электропневмоклапаны, пневмотолкатели стяжных болтов, толкатель носового отсека, пневмощиток.

Приложение

Рис.1 – Компоновка изделия:

1 - носовой отсек; 2 - бак горючего; 3 - бак окислителя; 4 - двигательная установка;
5 - хвостовая часть; 6 - органы управления.

Таблица 1 - Основные характеристики Р-5/ Р-5М

Максимальная дальность стрельбы	1200 км	1200 км
Вероятное отклонение от цели по дальности боковое	±1,5 км ±1,25 км	±1,5 км ±1,25 км
Начальная масса ракеты	28570 кг	28610 кг
Масса головной части	1425 кг	~1300 кг
Масса незаправленной ракеты	4200 кг	4390 кг
Масса компонентов ракетного топлива (жидкий кислород, этиловый спирт, перекись водорода, газ)	24370 кг	24760 кг
Тяга ДУ на земле	43860 кгс	43860 кгс
Удельный импульс тяги ДУ на земле	219 кгс·с/кг	219 кгс·с/кг

Дата добавления: 2015-10-21