3.3.2. Схемы баков

Для обеспечения приемлемой аэродинамической формы ракеты широко применяются баки цилиндрической формы. Принципиальные конструктивные схемы баков показаны на рис. 3.1.

Конструкция топливного отсека схемы "а" (рис. 3.1, а) при­менима для любых компонентов топлива, включая и низкокипящие. В этом случае легко осуществить теплоизоляцию днищ, а при ис­пользовании самовоспламеняющихся топлив легче обеспечить безопасность при эксплуатации. Топливные баки просты в производ­стве, технологичны при испытании и имеют более высокую ремонтопригодность, чем баки других типов. Межбаковое пространство может быть использовано для размещения приборов.

Топливные баки, выполненные по схеме "б" – "бак в баке" (рис.3.1, б) – более сложны в производстве, чем баки первой схемы, но, однако, длина топливного отсека и его масса значи­тельно меньше, чем у топливных баков, выполненных по схеме "а".

Схема "в" – "бак в баке" (рис. 3.1, в) – выгодна в весо­вом отношении для коротких баков высокого давления. Схема "г" – "бак за баком" (рис. 3.1, г) – имеет сферический бак горючего и цилиндрический – окислителя, принципиально не отличается от баков схемы "б".

Чтобы уменьшить длину ракеты и возможно полнее использо­вать объемы, в некоторых случаях на последней ступени ракеты применяются торовые баки (рис. 3.1, д).

Для баков высокого давления, где размещается рабочее те­ло (азот, гелий, воздух и т.д.), и в случае использования низкокипящих топлив целесообразно применять сферические баки поскольку они при одинаковой емкос­ти с цилиндрическими, имеют меньшую поверхность и, следователь­но, вес теплоизоляции будет меньшим. Кроме того, при одинако­вом давлении наддува масса такого бака будет меньше, чем ци­линдрического.

Рис. 3.1. Конструктивные схемы топливных баков

Днища баков выполняются в виде элементов сферических поверхностей. Такая форма днища выгодна в весовом отношении. Для обеспечения бескавитационной подачи топлива в баках создается избыточное давление, что сказывается на работе конструкции. За счет наддува в баке создашься растягивающие усилия, кото­рые частично или полностью уравновешивают сжимающие усилия от внешней нагрузки. Кроме того, наддув повышает критические напряжения сжатия обшивки. При некотором значении избыточного давления необходимость в шпангоутах для подкрепления обшивки отпадает. Такие отсеки могут выполняться в виде тонкостенной цилиндрической оболочки.

Конструкционные материалы для изготовления элементов топ­ливных баков выбираются с учетом стойкости по отношению к химическому воздействию горючего и окислителя. Материал баков должен обладать высокой удельной прочностью в широком диапа­зоне температур. Несущие баки для азотной кислоты, перекиси водорода, керосина и жидкого кислорода обычно изготовляют из легированной стали. Несущие баки также изготовляют и из алю­миниевых сплавов, допускающих сварку. Баки для жидкого фтора, окиси и нитрата фтора могут выполняться из никелевых и медных сплавов. Возможно использовать клепаные конструкция из мате­риалов типа Д16-Т, которые при одинаковом удельном весе имеют лучшие механические характеристики, чем, допустим, хорошо сва­риваемый алюминиевый сплав АМг-6.

Топливные отсеки нагружаются, как часть силовой схемы корпуса, сжатием, поперечными силами, изгибающим и крутящим моментами. Кроме того, они нагружаются внутренним избыточным давлением и гидростатическим давлением столба жидкости.