Современные и перспективные способы и методы сварки баков ракет носителей

Новые решения в создании ракет связаны с технологиями производства топлива и новых материалов. Все крупные развитые страны, в том числе и Россия, привержены развитию инноваций.
Система питания ракетного двигателя на жидком топливе включает в себя все элементы, используемые для питания камеры сгорания - топливные баки, трубы, турбонагнетатель (TNA) - группа, состоящая из насосов и турбины, установленных на одном валу, форсунки и клапаны, регулирующие расход топлива.
Выбор топливных компонентов является одним из важнейших решений при проектировании жидкостных ракетных двигателей, предопределяющим многие детали конструкции двигателя и последующие технические решения. Поэтому выбор топлива для ракетного двигателя на жидком топливе производится с общей оценкой назначения двигателя и ракеты, на которой он установлен, условий их эксплуатации, технологии производства, хранения, транспортировки на объект. запуск и т. д.
Одним из наиболее важных показателей, характеризующих комбинацию компонентов, является удельный импульс, который особенно важен при проектировании ракет-носителей для космических аппаратов, поскольку соотношение между массой топлива и полезной нагрузкой, а следовательно, размера и массы от всей ракеты, это во многом зависит от этого что, если удельный импульс недостаточно высок, он может оказаться нереальным.
Внутри танков ракеты-носителя есть много интересного. Емкости расположены один над другим, поэтому необходимы трубы для подачи «верхнего» компонента, необходимы трубы с наддувом и, кроме того, необходимо решить проблему обнаружения соседних компонентов топлива с разными температурами. Существует также проблема колебаний расхода топлива, которую также необходимо решить.[1]
Топливные отсеки представляют собой большие контейнеры, предназначенные для размещения компонентов топлива. Конструкция ракеты в целом во многом зависит от конструкции топливных отсеков, поскольку они имеют большие размеры и несущую цепь [они составляют основную часть корпуса ракеты. Поэтому топливные отсеки, с одной стороны, являются наиболее сложными узлами, гарантирующими надежную работу двигательной установки, а с другой - корпусом самолета, являющимся основанием ракеты, обеспечивающим ее работу. в целом и определяет конструкцию и надежность авиационных систем и агрегатов.
Основными конструктивными элементами топливных отсеков являются топливные баки различной конструкции, оснащенные большим количеством встроенных в бак устройств, гарантирующих нормальную работу пульта дистанционного управления.
Поскольку основными конструктивными элементами топливного отсека самолета с ЖРД являются резервуары, предназначенные для размещения компонентов жидкого топлива (окислитель и топливо), технические требования обусловлены конструкцией резервуаров.
Топливные баки должны соответствовать следующим основным требованиям:
1) иметь достаточную прочность и жесткость при небольшой массе конструкции;
2) обладать коррозионной стойкостью при работе жидкостного ракетного двигателя на агрессивных элементах (вызывающих коррозию) и при длительном хранении компонентов бака;
3) простота конструкции, технологичность изготовления и простота использования;
4) конструкция всасывающих устройств бака должна предусматривать минимальное количество остаточных компонентов топлива в баках;
5) дефицит материалов, используемых при изготовлении резервуаров.
Рис. 1. Классификация топливных отсеков
Топливные отсеки, используемые в ракетно-космической технике, можно классифицировать по ряду ключевых характеристик (рис. 1). [2]
Рис. 2 Структурные энергетические схемы топливных отсеков с подвесными баками (а), смешанной конструкции (б) и с транспортными баками (в):
Согласно структурной силовой схеме, существует три основных типа топливных отсеков:
- с несущими баками (подвесками) (фиг.2а),
- смешанная конструкция (фиг.2b),
- с транспортными цистернами (рис

. 2в).
Несущие резервуары называются потому, что, будучи одновременно корпусом ракеты, они воспринимают общий комплекс нагрузок, действующих на ракету. Для ракет с подвесными резервуарами эти нагрузки поглощаются опорным органом ракеты, за исключением нагрузок давления в резервуарах. Топливные отсеки смешанного контура спроектированы таким образом, что в силовую цепь корпуса самолета включена только часть их конструкции. [3]
В зависимости от компоновки воздушного судна принято различать топливный отсек с одним блоком (рис.4.2b, 4.2c) и многоблочным (рис.4.2a). Моноблочные отсеки могут иметь как отдельные емкости для окислителя, так и топливные баки, соединенные проставкой (промежуточный отсек) и баками с общим дном (промежуточное) (рис. 4.3). Но в обоих случаях они существуют на всех этапах жизненного цикла самолета (от заводской сборки до окончания эксплуатации) как структурный элемент. По этой схеме выполнены практически все топливные отсеки БР и ракет-носителей малой мощности, а также топливные отсеки верхних ступеней многоступенчатого радара.
Многоблочные топливные отсеки находятся в основном в тяжелых ракет-носителях.
В зависимости от назначения и требований к расположению топливных отсеков в RLA, формы и конструкции топливных баков могут сильно различаться. [4]
По форме внешних контуров резервуары:
- цилиндрический (редко конический) с эллиптическим или сферическим дном;
- сферическая, сваренная двумя полушариями;
- быки, которые иногда располагаются в пакетах и ​​блоках;
- эллиптический (линзовидный), собранный на двух эллиптических фонах.
Также имеются топливные отсеки с телескопическим расположением топливных баков (бак в баке).
Для нижних ступеней многоступенчатой ​​ракеты с большим запасом топлива удлинение блоков ускорения обычно длиннее верхних, что приводит к использованию цилиндрических резервуаров (реже конических и даже сферических). ). Верхние ступени характеризуются небольшим удлинением, поэтому в конструкции используются такие формы, как бык, сфера, чечевица и т. Д.
В зависимости от конструкции стенок резервуара они могут быть:
- с гладкими стенками из листового металла без генераторной установки;
- с генераторной установкой (или сборной конструкцией);
- со стенами из монолитных панелей;
- из различных типов многослойных панелей, которые также выполняют функции теплоизоляции.
Основным силовым элементом резервуара с гладкими стенками является оболочка, которая принимает на себя все внешние силы, помимо повышения давления [от газов над столбом жидкости] и гидростатического давления [от столба жидкости]. Эта конструкция типична для резервуаров верхней ступени, подвесных резервуаров, резервуаров с дистанционным управлением с системой перемещения для подачи компонентов, например для резервуаров, где преобладают растягивающие нагрузки.
В резервуарах с усиленными кожухами для увеличения сопротивления сжимающим нагрузкам предусмотрен дополнительный комплект подачи в виде поперечин, промежуточных рам и т. Д. Целесообразность использования арматуры, в частности стенок несущих конструкций танков, тем больше линейных сжимающих сил, которые, как правило, увеличивают многоступенчатые ракеты от верхних до нижних ступеней. [5]
Как уже отмечалось, размер, форма и конструкция топливных баков в первую очередь определяются компоновкой самого самолета, а также условиями полета и топливной системой двигательной установки.
В последние годы конструкция топливных баков с разделением топливного компонента и вытесняющего газа с использованием различных типов поршней, упругих диафрагм, вытесняющих мешков и т. Д. Получила широкое распространение. Это обеспечивает высокую надежность подачи компонентов топлива, особенно в случае отрицательных перегрузок, нет шансов смешать топливный компонент с наддувочным газом, и только топливный компонент обязательно будет выходить из бака].
Как уже отмечалось, в некоторых случаях, исходя из условий компоновки, невозможно разделить окислитель и топливные баки для двухкомпонентного самовоспламеняющегося топлива