Устройство и принцип действия ракеты
Каково устройство многоступенчатой ракеты разберем на классическом примере ракеты для полета в космос, описанном в трудах Циолковского, родоначальника ракетостроения. Именно им первым была опубликована принципиальная идея изготовления ракеты многоступенчатой.
Устройство и принцип действия ракеты
Принцип действия ракеты.
Для того чтобы преодолеть земное притяжение, ракете необходим большой запас топлива, при этом, чем больше топлива мы берем, тем больше получается масса ракеты. Поэтому для уменьшения массы ракеты их строят на принципе многоступенчатости. Каждую ступень можно рассматривать как отдельную ракету с собственным ракетным двигателем и запасом топлива для полета.
Устройство ступеней космической ракеты.
Первая ступень космической ракеты самая большая, в ракете для полета космос двигателей 1ой ступени может быть до 6 и более чем тяжелей груз необходимо вывести в космос, тем больше двигателей в первой ступени ракеты.
В классическом варианте их три, расположены симметрично по краям равнобедренного треугольника как бы опоясывающего ракету по периметру. Эта ступень самая большая и мощная, именно она отрывает ракету от Земли. Когда топливо в первой ступени ракеты израсходовано вся ступень отбрасывается.
После этого движением ракеты управляют двигатели второй ступени. Их иногда называют разгонными, поскольку именно с помощью двигателей второй ступени ракета достигает первой космической скорости, достаточной для выхода на околоземную орбиту.
Так может повторяться несколько раз, при этом каждая ступень ракеты весит меньше предыдущей, поскольку с набором высоты сила притяжения Земли уменьшается.
Сколько раз повторяется этот процесс столько и ступеней содержит космическая ракета. Последняя ступень ракеты предназначена для маневрирования (маршевые двигатели для коррекции полета имеются в каждой ступени ракеты) и доставки полезного груза и космонавтов к месту назначения.
Мы рассмотрели устройство и принцип действия ракеты, точно также устроены и принципиально не отличаются от космических ракет баллистические многоступенчатые ракеты, страшное оружие несущее ядерное оружие. Они способны полностью уничтожить как жизнь на всей планете, так и саму планету Земля.
Многоступенчатые баллистические ракеты выходят на околоземную орбиту и уже оттуда поражают наземные цели разделившимися боеголовками с ядерными зарядами. При этом чтобы долететь до самой удаленной точки им достаточно 20-25 минут.
Источник
Конструктивные схемы многоступенчатых ракет
Конструктивно — компоновочные схемы составных ракет могут иметь последовательное, параллельное и комбинированное соединение ступеней (рисунок 2). Схема с последовательным соединением ступеней (рисунок 2а) предполагает соосное расположение ступеней одна за другой. Ее иногда называют схемой с «поперечным делением» или схемой «тандем». Конструктивную схему с параллельным соединением ступеней иногда называют «пакетной», продольные оси ступеней параллельны или наклонены одна над другой на небольшой угол. Ракеты такой схемы можно создавать, соединяя в связку необходимое количество корпусов одноступенчатых ракет. При этом в качестве ступеней ракеты могут использоваться как твердотопливные, так и ракеты с ЖРД
Ракеты пакетной схемы могут выполняться с автономными блоками или же с гидравлической связью (по топливу) между двигателями соседних блоков. На старте запускаются двигатели либо только боковых блоков, либо всех блоков. После выгорания топлива боковых блоков последние отделяются, а центральный блок продолжает полет.
При прочих равных условиях ракеты с последовательным соединением ступеней имеют следующие преимущество: за счет меньшего диаметра более просто решается вопрос размещения ракет в шахтных пусковых установках и меньше лобовое сопротивление при разгоне ракеты в плотных слоях атмосферы: простота узлов сочленения; сравнительно небольшие возмущения при разделении ступеней; более простое пусковое устройство.
Недостатками ракет с последовательным соединением ступеней являются: — большая длина ракет (особенно тяжелых РН), что усложняет подготовку их к пуску и обслуживание на стартовой позиции; при запуске используются только двигатели первой ступени, из-за чего они должны быть достаточно мощными и, следовательно, тяжелыми; необходимость проектирования и отработки каждой ступени в отдельности, вследствие чего увеличивается стоимость ракеты. При пакетной схеме возможно использование готовых (штатных) блоков; необходимость запуска двигателей второй и последующих ступеней в полете при низких атмосферных давлениях, что повышает вероятность отказа в запуске и, следовательно, понижает надежность «тандема»; чувствительность конструкции такой схемы к поперечным перегрузкам из-за невысокой жесткости.
Ракеты комбинированной схемы сочетают пакетное и последовательное соединение ступеней. Например, первая и вторая ступени соединены в пакет, а третья соединяется со второй последовательно (рисунок 2). Они имеют достоинства и недостатки обеих рассмотренных выше схем.
На рисунок 3 в качестве примера показана конструктивная схема трехступенчатой РН «Европа-1», выполненной с последовательным расположением ступеней. На рисунке 4 показана схема трехступенчатой РН «Титан-ЗС», выполненная с комбинированным расположением ступеней. Центральный блок представляет собой трехступенчатую ракету, на которую навешиваются стартовые РДТТ, которые включаются одновременно, сразу после включения ЖРД первой ступени.
Рисунок 3 – Конструктивная схема трехступенчатой ракеты
1 – ускоритель первой ступени; 2 – плоскость разделения первой и второй ступеней; 3 – ускоритель второй ступени; 4 – плоскость разделения второй и третьей ступеней; 5 – ускоритель третьей ступени; 6 – плоскость разделения третьей ступени и спутника; 7 – плоскость разделения третьей ступени и обтекателя спутника; 8 – обтекатель спутника; 9 – спутник; 10 – бак горючего в топливном отсеке третьей ступени; 11 – бак окислителя в топливном отсеке третьей ступени; 12 – рулевые двигатели (2 шт.); 13 – маршевый (основной) ЖРД третьей ступени; 14 – бак окислителя ЖРД второй ступени; 15 – бак горючего ЖРД второй ступени; 16 – ЖРД второй ступени (4 шт.); 17 – отсек оборудования первой ступени; 18 – бак окислителя ЖРД первой ступени; 19 – бак горючего ЖРД первой ступени; 20 – хвостовой отсек; 21 – ЖРД первой ступени;
Рисунок 4 – Конструктивная схема ракеты-носителя «Титан -3С»
1 – вспомогательные РДТТ для разделения ступеней; 2 –ускоритель первой ступени с ЖРД; 3 – головной обтекатель стартового ускорителя; 4 –ускоритель третьей ступни с ЖРД; 5 – отсек системы ориентации; 6 – блок управления; 7 – головной обтекатель; 8 — ускоритель второй ступени с ЖРД; 9- стартовые РДТТ.
Источник
Компоновочные схемы многоступенчатых ракет
По компоновочной схеме многоступенчатые ракеты могут быть выполнены: с поперечным делением ступеней, с продольным разделением ступеней, комбинированные.
1. С поперечным делением ступеней (схема «тандем», рис. 2.4).
Схема тандем имеет последовательное расположение ракетных частей ступеней. Ракетные блоки, входящие в состав ракетных частей ступеней, комплектуются, как правило, всеми отсеками, агрегатами, системами и элементами, присущими одноступенчатой ракете. Между собой ракетные части соединяются одним поясом силовых связей, имеющим вид фланцевого стыка, раскрывающегося в процессе разделения ступеней.
Разделение ступеней схемы тандем сводится к осевому отбросу отработавшей ракетной части по схеме холодного или горячего разделения.
Холодное разделение ступеней это отделение отработавшей части под действием силы тяги специальных двигателей отделения, начинающих работать после выключения двигателей предыдущей ступени и раскрытия замков.
При этом двигатель последующей ступени не включится до отхода отделяемой ракетной части на безопасное расстояние с целью исключения влияния струи. В процессе холодного разделения возможен неуправляемый полет ракеты. Горячее разделение ступеней это отвод последующей ступени от отработавшей ракетной части под действием силы тяги собственного двигателя после раскрытия замков связей. При этом двигатель последующей ступени
запускается, как правило, при работающем двигателе отделяемой ракетной части, а раскрытие замков связи происходит при спаде тяги двигателя отделяемой ракетной части и росте тяги двигателя последующей ракетной ступени. Неуправляемый участок полета при горячем разделении ступеней практически отсутствует. Характерной особенностью горячего разделения ступеней является силовое и тепловое воздействие факела струи последующей ступени на конструкцию ракетной части предыдущей, а также на торец донной части отделяемой ступени. Следует иметь в виду, что разделение ступеней ракеты весьма ответственный участок полета ракеты, он требует большого количества расчетных работ с последующим экспериментальным подтверждением.
Корпуса хвостовых отсеков последующих ступеней ракеты, собранной по схеме тандем, воспринимают большие осевые сжимающие нагрузки в процессе полета предыдущей ступени и практически не нагружены при полете последующей ступени. С учетом этого они являются пассивными элементами конструкции, которые после отброса ракетной части предыдущей ступени также могут быть сброшены для уменьшения конечной массы последующей ступени. Их отброс либо совпадает с моментом разделения ступеней, либо происходит несколько позже; в последнем случае возмущения при разделении ступеней и сбросе пассивных масс конструкции разносятся по времени, что приводит к меньшей потребной эффективности органов управления (ОУ) последующей ступени.
Большинство космических и военных ракет-носителей представляют собой двух- или трехступенчатые ракеты последовательной компоновки. Космическая ракета «Сатурн-5» (использовалась с 1967 по 1973) и баллистическая ракета «Титан-II» представляют собой примеры такой компоновки.
2. С продольным разделением ступеней (схема «пакет» рис. 2.5.).
Схема пакет имеет параллельное расположение ракетных частей ступеней, которые соединяются в двух силовых поясах верхнем и нижнем. Ракеты по схеме пакет могут иметь либо последовательный, либо одновременный запуск двигательных установок.
Схема пакет с последовательным запуском ступеней аналогична схеме тандем; при этом схема холодного разделения для нее теряет смысл, так как уже при горячем разделении отсутствует необходимость в защите конструкции в ракетной части предыдущей ступени от силового и теплового воздействия струи двигателя предыдущей.
Схема пакет с одновременным запуском ступеней характеризуется включением двигателя последующей ступени в момент старта ракеты, для чего двигатель последующей ступени имеет увеличенный ресурс времени работы, а ее ракетная часть увеличенный запас топлива.
Достоинством этой схемы является контролируемый в момент старта запуск двигателей всех РБ, что в общем случае обеспечивает повышение полетной надежности ракеты, т.к. при отказе одного из двигателей в процессе их запуска происходят сброс схемы и отмена старта.
Разделение ступеней для схемы пакет сводится к боковому отводу отработавшего РБ от ступеней, продолжающих (начинающих) работу по трем принципиальным схемам: с разворотом относительно верхнего или нижнего пояса связей или с параллельным отводом боковых блоков.
Носители американского «Шаттла» и российского «Союза» представляют собой пример параллельной компоновки, в которой ускорители и двигатели основной ступени работают одновременно в течение первых нескольких минут полета, после чего ускорители сбрасываются, а основная ступень выходит на орбиту. Уникальная полутораступенчатая компоновка использовалась в американской ракете «Атлас» (она создавалась как баллистическая ракета, а теперь применяется для космических запусков), которая имеет два ускорителя (сбрасываемые через несколько минут после старта) и один маршевый двигатель, которые питаются из общих топливных баков.
3. Комбинированные представлены на рис.2.6.
Общие тактико-технические характеристики ракетного оружия
| ракеты | масса | длина | дальность действия |
| противотанковые управляемые | 6 — 30 кг | 0,65 — 1,5 м | 75 — 4000 м |
| тактические | 1,5 — 2,4 т | 6 — 8 м | 8 — 100 км |
| зенитные управляемые | 8 — 7000 кг | 1 — 14 м | 3,6 — 400 км |
| оперативно-тактические | 4,5 т и более | до 10 м | 40 — 1000 км |
| стратегические | 15 — 200 т | 9 — 20 м | 1 — 12 тыс. км |
|
|
|
Классификация поколений МБР
| Поколение ракет | Примеры ракетной техники | Классификационные признаки поколения |
| I | Р-1, Р-7(А), Р-9(А), Р-16 | Наземные стационарные пусковые устройства («столы»), первые ШПУ, наведение по «жёсткой» траектории, автоматы наведения, радиокоррекция на активном участке траектории. |
| II | РТ-2, УР-100М, Р-36 | Переход к размещению ракет в ШПУ типа «ОС», появление ракет на твёрдом топливе, ТПК, ТГС в качестве чувствительных элементов СУ, электронные счётно-решающие устройства, комплексы преодоления ПРО, внедрение АСБУ и К. |
| III | УР-100Н, УР-100У, Р-36М | БЦВК, разделяющиеся ГЧ индивидуального наведения, наведение по «гибкой» траектории, сопряжение с ЦАСБУ и К. |
| IV | Р-36МУ, УР-100НУ, РТ-2ПМ, РТ-23У | Возможность мобильного базирования, усовершенствованная СУ, БЦВК, система преодоления ПРО, терминальный метод наведения, маршрутная идеология мобильного базирования. |
| V | РТ-2ПМ2 | Унификация метода базирования, сокращённый период нахождения на АУТ, аэробаллистические боевые блоки, возможность реализации небаллистических траекторий, СУ на новых принципах, площадная идеология мобильного базирования. |
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник