Проектная разработка перспективной ракеты-носителя тяжелого класса «схемы» тандем на сжиженном природном газе

,        (1.45)

Рассчитывается  объем гарантийного запаса топлива:

,          (1.46)

где  ,                    (1.47)

     ,

где t - время полета i-ой ступени.                                              

      t_I = 150 [с],   t_II = 322 [с]

,          (1.48)

                                                             

,        (1.49)

,         (1.50)

равны нулю, так как первая ступень  работает до полной выработки топлива, на практике какую-то часть топлива  оставляют в баке, чтобы газы наддува  не попали в камеру сгорания для  предотвращения кавитации ТНА. В  этих расчетах эта масса топлива  не учитывается.

,        (1.51)

 

 

,                      

,        (1.52)

где ρ_ок = 1140 [кг/м³]

,         (1.53)

где ρ_г = 425 [кг/м³]

 

Рассчитываются объемы на арматуру топливных баков (трубопроводы, коллектор, датчик СООБ, арматура термостатирования, демпферы колебания жидкости и т.д.) рассчитаны на основе статистики и берутся 3% от запаса топлива.

,        (1.54)

Определение полных  объемов  топливных баков

,               (1.55)

 

1.6 Определение геометрических  параметров ЛА

 

Выбирается следующая  форма контура грузового отсека: коническая часть (усеченный конус) со сферическим притуплением и цилиндрической вставкой для обеспечения оптимального режима обтекания грузового отсека набегающим потоком атмосферы.

Подобранные геометрические размеры сферического притупления:

• r_ПР =0,312 [м] – радиус сферического притупления;
• γ_С.ПР =24,5⁰ – угол конусности сферического притупления.

 

Рассчитывается объем грузового  отсека

,         (1.56)

где ρ_го = 100 ÷ 300 [кг/м³] – средняя приведенная плотность полезной нагрузки в грузовом отсеке.

Рассчитывается радиус сферы, образующей сферическое притупление

,        (1.57)

Рассчитывается высота сферического притупления

,         (1.58)

где  h_пр = l_пр – длина сферического притупления

[м]

Рассчитывается объем  сферической части сферического притупления

,       (1.59)

Рассчитывается высота усеченного конуса

,        (1.60)

где h_ук = l_ук – длина усеченного конуса

[м]

 

 

Рассчитывается объем усеченного конуса

,      (1.61)

где d_го = d_м = 4,1[м] – диаметр цилиндрической вставки формы контура грузового отсека

[м]

Рассчитывается объем  цилиндрической части контура грузового отсека

,           (1.62)

[м³]

Рассчитывается длина  цилиндрической вставки формы контура  грузового отсека

,        (1.63)

Рассчитывается длина формы контура грузового отсека

,       (1.64)

Рассчитывается площадь  поверхности контура формы грузового  отсека

,     (1.65)

Рассчитывается масса контура формы грузового отсека

,        (1.66)

 где = 15 ÷ 20 [кг/м²] – масса единицы поверхности формы грузового отсека

m_го = 15 · 108,425 = 1626,375 [кг]

Рассчитывается длина приборного отсека РН

,        (1.67)

где 1…n; n = 2 – количество РБ

      d_по = 4,1[м] – диаметр ПО РБ

      ρ_су = 150 [кг/м³] – плотность компоновки СУ

Рассчитывается длина хвостового отсека РБ РН

,        (1.68)

где j = 1…n, n = 2

      h_ду.j = высота ДУ РБ степеней РН

Рассчитывается радиус верхнего днища  ТБ окислителя РБ 2

,       (1.69)

где d_б.ок.2 = d_м = 4,1[м] – диаметр ТБ окислителя РБ 2

Рассчитывается длина сферической  части верхнего днища ТБ окислителя РБ2

,       (1.70)

Рассчитывается объем верхней  сферической части ТБ окислителя РБ 2

,       (1.71)

Рассчитывается радиус нижнего  днища ТБ окислителя РБ 2

,       (1.72)

Рассчитывается длина сферической  части нижнего днища ТБ окислителя РБ 2

,      (1.73)

Рассчитывается объем нижней сферической  части ТБ окислителя РБ 2

,      (1.74)

Рассчитывается объем цилиндрической части ТБ окислителя РБ 2

,      (1.75)

 

 

Рассчитывается длина цилиндрической части ТБ окислителя РБ 2

,       (1.76)

Рассчитывается длина ТБ окислителя РБ 2

,      (1.77)

Рассчитывается радиус верхнего днища первого ТБ окислителя РБ 1

,       (1.78)

где d_б.ок.1.1 = d_б.ок.1.2 = d_м = 4,1[м] – диаметр первого и второго ТБ окислителя РБ 1, по техническим условиям.

Рассчитывается длина сферической части верхнего днища первого ТБ окислителя РБ 1

,     (1.79)

Рассчитывается объем верхней  сферической части первого ТБ окислителя   РБ 1

,      (1.80)

Рассчитывается радиус нижнего днища первого ТБ окислителя РБ 1

,       (1.81)

Рассчитывается длина сферической  части нижнего днища первого  ТБ окислителя РБ 1

,      (1.82)

Рассчитывается объем нижней сферической  части первого ТБ окислителя    РБ 1

,      (1.83)

Рассчитывается объем цилиндрической части первого ТБ окислителя РБ 1

,      (1.84)

Рассчитывается длина цилиндрической части ТБ окислителя РБ 1

,      (1.84)

Рассчитывается длина первого  ТБ окислителя РБ 1

,      (1.85)

Технологически целесообразно брать параметры второго ТБ окислителя РБ 2 равным параметрам первого ТБ окислителя РБ 1.

r_вд.о.1.1 = r_вд.о.1.2 = 2,87[м]

r_нд.о.1.1 = r_вд.о.1.2 = 2,57[м]

L_с.о.1.1 = L_с.о.1.3 = 0,95[м]

L_с.о.1.2 = L_с.о.1.4 = 1,02[м]

V_с.о.1.1 = V_с.о.1.3 = 7,25[м³]

V_с.о.1.2 = V_с.о.1.4 = 7,29[м³]

V_ц.о.1.1 = V_ц.о.1.2 = 172,13[м³]

L_ц.о.1.1 = L_ц.о.1.2 = 13,05[м]

L_б.ок.1.1 = L_б.ок.1.2 = 15,02[м]

d_б.ок.1.1 = d_б.ок.1.2 = 4,1[м]

Рассчитывается радиус верхнего днища  ТБ горючего РБ 2

,       (1.86)

где d_г.2 = 4,1[м] – диаметр ТЮ горючего РБ 2

      r_вд.г.2.1 = r_нд.г.2.2 – радиус нижнего днища ТБ горючего РБ 2 по технологическим условия

Рассчитывается длина сферической  части верхнего днища ТБ горючего РБ 2

,        (1.87)

где L_с.г.2.1 = L_с.г.2.2 – длина сферической части нижнего днища ТБ горючего РБ 2 по технологическим условиям

Рассчитывается объем верхней  сферической части ТБ горючего РБ 2

,       (1.88)

где V_с.г.2.1 = V_с.г.2.2 – объем нижней сферической части ТБ горючего РБ 2 по технологическим условиям

Рассчитывается объем цилиндрической части ТБ горючего РБ 2

,       (1.89)

Рассчитывается длина цилиндрической части ТБ горючего РБ 2

,       (1.90)

Рассчитывается длина ТБ горючего РБ 2

,       (1.91)

Технологически целесообразно  брать параметры днищ первого и второго ТБ горючего РБ 1 равные параметрам днищ ТБ горючего РБ 2.

r_вд.г.2.1 = r_нд.г.2.2 = r_вд.г.1.1 = r_нд.г.1.2 = r_вд.г.1.3 = r_нд.г.1.4 = 2,87[м]

L_с.г.2.1 = L_с.г.2.2 = L_с.г.1.1 = L_с.г.1.2 = L_с.г.1.3 = L_с.г.1.4 = 1,025[м]

V_с.г.2.1 = V_с.г.2.2 = V_с.г.1.1 = V_с.г.1.2 = V_с.г.1.3 = V_с.г.1.4 = 8,34[м³]

d_б.г.2 = d_б.г.1.1 = d_б.г.1.2 = 4,1[м]

Рассчитывается объем цилиндрической части ТБ горючего РБ 1

,       (1.92)

 где V_ц.г.1.1 = V_ц.г.1.2 – объем цилиндрической части второго ТБ горючего РБ 1 по технологическим условиям

V_ц.г.1.1 = 283,62 – 2 · 8,34 = 133,47 [м³]

Рассчитывается длина цилиндрической части первого ТБ горючего РБ 1

,        (1.93)

где L_ц.г.1.1 = L_ц.г.1.2 – длина цилиндрической части второго ТБ горючего РБ 1

Рассчитывается длина ТБ горючего РБ 1

,      (1.94)

где L_б.г.1.1 = L_б.г.1.2 – длина второго ТБ горючего РБ 1 по технологическим условиям

Рассчитывается переходная рама РБ 1

h_пр = L_хо2 + h_ду.j + 0,1 ,       (1.95)

где j=1…n; n = 2

      h_пр = l_пр – длина переходной рамы РБ 1

h_пр = 3,6 + 2,8 + 0,1 = 6,5 [м]

Рассчитывается длина второй ступени  РН с грузовым отсеком

L_II = L_го + L_по + L_хо2 + L_б.ок.2 + L_б.г.2 ,          (1.96)

L_II = 11,745 + 0,14 + 3,6 + 8,27 + 6,46 = 30,215 [м]

Рассчитывается длина первой ступени  РН с грузовым отсеком 

L_I = L_II + L_хо1 + L_пр + L_по.1,        (1.97)

L_I = 30,215 + 5,62 + 6,5 + 4,82 = 43,335 [м]

Рассчитывается общая длина  сборки РБ 1 и РБ 2 РН без учета  грузового отсека

L_1-2 = L_I – L_го,        (1.98)

L_1-2 = 43,335 – 11,745 = 31,59 [м]

Рассчитывается наибольший диаметр  первой ступени РН без учета навесных элементов конструкции РБ 1

,        (1.99)

где d₁ = d_1.1 – наибольший диаметр РБ 1 без учета навесных элементов конструкции РБ 1

      d_м = d_хо.1 = 4,1 [м] – диаметр хвостового отсека РБ 1

 

1.7 Выбор двигателей РБ ступеней РН

 

1. Для ДУ РБ 1 ступени РН применяется ЖРД РД – 192C (однокамерный ЖРД) с отклонением по осям ОY (ось рысканья), ОZ (ось вращения) ±8⁰, в количестве 5 штук;
2. Для ДУ РБ 2 ступени РН применяется ЖРД РД – 182 (однокамерный ЖРД) с отклонением по осям ОY (ось рысканья), ОZ (ось вращения) ±6⁰, в количестве 4 штук.

 

1.8 Итоги расчетов основных проектных параметров

 

Расчет ОПП показал  следующее:

1. Необходимо применение ДУ РБ 1 ступени РН с тягой 11028472,05 [Н];
2. Необходимо применение ДУ РБ 2 ступени РН с тягой 1388943,31 [Н]; 
3. Необходимо применение САУ РН для ЛА тяжелого класса;
4. Необходимо применение СБЛА (отдельная СБЛА, не входящая в САУ на РБ 1 и РБ 2) на ПУ СК СП РКК и в полете РН, так как один из КТ является СПГ – взрывоопасное и токсичное вещество.