Предотвращение смятия баков ракет-носителей внешним избыточным давлением

Бак РН являясь тонкостенной оболочкой, чувствителен к изменению давления, действующего на его наружную поверхность. Изменение давления возникает по двум основным причинам: из-за изменения температуры воздуха в процессе транспортирования и изменения атмосферного давления.

Физическая сущность этого положения при изменении температуры наружного воздуха рассматривается ниже в следующем примере.

Пусть параметры воздушной среды в монтажно-испытательном комплексе (МИК): давление p₀ = p_СК =760 мм рт. ст. (0.101 МПа); температура ℃. Параметры атмосферы на стартовом комплексе: p₀ = p_СК =760 мм рт. ст. (0.101 МПа); температура t_СК =40 ℃. Расстояние между опорами вагона l₀ =20м, рама вагона выполнена из стали, корпус РН из алюминиево-магниевого сплава АМг6Т.

Пример 6.3. Для условия примера 6.1 рассчитать давление p_В, внутри бака, диаметром D=3 м, и длины L =10м (РН типа «Космос»),если бак в процессе транспортирования изолирован от атмосферы, а также усилие F, действующее на наружную поверхность бака.

Известно, что для изохорического (при постоянном объеме) процесса давление и температура связаны зависимостью

или ,

где p₁ и Т₁ - давление и абсолютная температура в начале процесса;

p₂ и Т₂ - давление и абсолютная температура в конце процесса.

Решение:

Пусть давление и температура в баке перед началом транспортирования из монтажно-испытательного корпуса (МИКа) составляют:

; К.

Температура в баке после завершения транспортирования на стартовый комплекс (СК):

К.

Давление внутри бака после завершения транспортирования на основании формулы (6.10) составит:

МПа.

Тогда перепад давления на стенках бака будет равен

МПа.

Усилие, действующее на наружную поверхность бака, может быть вычислено по формуле:

МН,

где S_пов - площадь поверхности бака, м².

Такое усилие эквивалентно весу груза, масса которого равна ≈230 т. Действие такого груза приводит к разрушению бака.

С целью выравнивания давления внутри бака, достаточно эффективным конструктивным решением (рис. 6.4.) является установка на заправочно-сливную магистраль 2 вакуум-клапана.

Увеличено

Рис.6.4. Принцип действия вакуум- клапана:

1 – топливный бак РН; 2 – заправочно-сливная магистраль; 3 – технологическая заглушка со штуцером; 4 – пружина; 5 – корпус; 6 – клапан;

Принцип действия вакуум-клапан заключается в следующем. При понижении давления внутри бака ниже атмосферного, клапан 6 под действием атмосферного давления преодолевает усилие пружины 4, сообщая внутреннюю полость бака с атмосферой. После выравнивания давлений пружина 4 вновь прижимает клапан 6 к корпусу 5, герметизируя бак.

Перед началом транспортирования, а также в процессе хранения контролируется установка вакуум-клапанов на ступени РН, а также производиться осмотр РН.