Мы вынуждены исказить текст в ответ на заблокированную вами рекламу.
Друзья! Проект modelist-konstruktor.com существует благодаря рекламе. Просьба добавить сайт в исключения блокировщика и обновить страницу.

НЕИЗВЕСТНЫЙ «ЦИКЛОН»

НЕИЗВЕСТНЫЙ «ЦИКЛОН»Ракета-носитель «Циклон-3». Начало 60-х годов прошлого века ознаменовалось не только соревнованием в космосе между США и СССР, но и гонкой ядерных вооружений. Первые образцы межконтинентальных баллистических ракет (МБР) «Атлас» в США и Р-7 в СССР не обладали высокой боеготовностью из-за применения в них в качестве окислителя низкокипящего жидкого кислорода. Военные же обеих стран считали необходимым иметь на вооружении ракеты, которые могли бы находиться в постоянной боеготовности.

Это и послужило толчком к разработке МБР на высококипящих компонентах топлива (азотная кислота и ее производные в качестве окислителя и так называемые гидразины в качестве горючего). Кроме того, данные компоненты топлива были самовоспламеняющимися, что в значительной степени упрощало конструкцию жидкостных ракетных двигателей, так как исключало применение специальных устройств для зажигания.

Первыми такими МБР стали в США «Титан-1», а в СССР Р-16. Это были двухступенчатые ракеты, которые несли мощные термоядерные заряды. Обе ракеты были достаточно близки по массово-габаритным характеристикам и по конструкции. Их дальнейшим развитием стали тяжелые МБР следующего поколения — в США «Титан-2» и в СССР Р-36, также весьма схожие по габаритам, полезной нагрузке и возможности шахтного базирования (с нахождением длительное время в боеготовом состоянии, исчисляемом минутами). Обе МРБ послужили прототипами для разработки семейств космических ракет-носителей в своих странах.

США использовали «Титан-2» для запуска космических кораблей «Джемини» и искусственных спутников Земли. Для космических ракет-носителей (PH) не нужна повышенная готовность к старту, и поэтому применение в них низкокипящих компонентов топлива было целесообразно из-за более высокого удельного импульса. Позднее американцы разработали серию PH «Титан-4», которая оснащалась 3-й ступенью «Центавр», работающей на жидких кислороде и водороде, и двумя навесными твердотопливными ускорителями большого диаметра. Это позволило довести полезный груз до 12 и более тонн и запускать космические аппараты (КА) к дальним планетам и даже за пределы Солнечной системы.

В СССР на базе МБР Р-36 и Р-З6орб. было разработано семейство PH «Циклон». Оно мало известно нашим читателям, так как только в «перестроечные» годы это название попало на страницы прессы. — А ведь это одно из самых надежных семейств PH среднего класса, использующих на всех ступенях высококипящие компоненты ракетного топлива — азотный тетроксид (окислитель) и несимметричный диметилгидразин (горючее). По причине высокой токсичности этих топливных компонентов для PH «Циклон» был реализован принцип «безлюдного» старта с полной автоматизацией подготовки предстартового цикла и запуска. Стартовые комплексы для них построены на космодромах Байконур и Плесецк.

Разработка PH «Циклон» была начата в днепропетровском ОКБ «Южное» под руководством академика М.К.Янгеля в августе 1965 г. по постановлению правительства, предусматривавшему создание носителя на базе тяжелой МБР Р-36. Такой выбор был не случаен — ракета выводила боевые блоки на суборбитальные траектории и орбиты искусственного спутника Земли.

В 1966 и 1967 гг. постановление было дополнено и в соответствии с ним создавались два варианта носителя — двухступенчатые «Циклон» и «Циклон-2». Их летные испытания начались в 1968 г. В итоге модифицированный вариант «Циклон-2» стал основным. Одновременно с ними шла разработка и трехступенчатой PH «Циклон-3». Создание носителя шло трудно и было завершено уже после смерти М.К.Янгеля под руководством академика В.Ф.Уткина. Первый пуск состоялся только 24 июня 1977 г. Летные испытания закончились принятием ракетно-космического комплекса с PH «Циклон-3» на вооружение в январе 1980 г. По состоянию на декабрь 2002 г. произведено 120 запусков PH «Циклон-3», и из них только пять были аварийными.

PH «Циклон»

PH «Циклон»:

1 — головной обтекатель; 2 — телеметрическая антенна полезного груза; 3 — пружинные толкатели; 4 — шарниры; 5 — переходник полезного груза; 6 — приборный отсек 2-й ступени; 7 — телеметрическая антенна; 8 — топливный отсек 2-й ступени; 9 — хвостовой отсек 2-й ступени; 10 — обтекатели; 11 — рулевой ЖРД 2-й ступени; 12 — переходной отсек между 1-й и 2-й ступенью; 13 — бак окислителя; 14 — гаргрот; 15 — приборный отсск 1-й ступени; 16 — малый гаргрот; 17 — бак горючею; 18 — хвостовой отсск 1-й ступени; 19 — обтекатель; 20 — стартовая опора; 21 — рулевой ЖРД 1-й ступени; 22 — маршевый ЖРД 1-й ступени; 23 — телеметрические антенны. М — заклепочный шов (заклепки с полусферической головкой): Н — сварочный шов: П — химическое фрезерование: Р — нахлест листов обшивки

Первые две ступени PH «Циклон-3» и «Циклон-2» практически полностью унифицированы и представляют собой почти без переделок МБР Р-36. Разделение 1-й и 2-й ступени осуществляется по «полугорячей» схеме — для чего используется предварительный (до разделения ступеней) запуск рулевых двигателей 2-й ступени. Разделение 2-й и 3-й ступени — «холодное», с помощью четырех пружинных толкателей.

Первая ступень состоит из переходного отсека, бака окислителя, приборного межбакового отсека, бака горючего и хвостового отсека.

Переходной отсек предназначен для соединения 1-й и 2-й ступени. Конструкция его клепаная из алюминиевых сплавов. Она образована двумя торцевыми шпангоутами уголкового профиля, промежуточными шпангоутами г-образного профиля и продольными стрингерами коробчатого и Т-образного сечения. На внешней поверхности отсека имеются четыре люка. Мощные стрингеры закрытого профиля подкрепляют конструкцию в местах расположения люков.

Баки окислителя и горючего аналогичны по конструкции. Они сварены из цилиндрической обечайки, образованной шестью панелями и двумя сферическими днищами. Внутри баки подкреплены продольными ребрами, к которым приклепаны при помощи фитингов промежуточные шпангоуты. В верхних днищах баков выполнены люки-лазы для доступа внутрь при монтаже внутрибаковой арматуры. На нижнем днище бака окислителя смонтировано заборное устройство тарельчатого типа, а внутри бака горючего проходит его расходная магистраль. Она заключена в тоннельную трубу, имеющую продольные гофрированные ребра жесткости. Внутри по всей длине этого бака смонтированы шесть продольных радиальных перегородок — успокоителей жидкости. Материал панелей и днищ баков — алюминиевый сплав АМг6.

Баки соединены приборным отсеком, по конструкции аналогичным переходному. В нем размещены некоторые приборы систем управления и телеметрии. Такую же конструкцию имеет и хвостовой отсек. Внутри его размещается двигательная установка и ряд агрегатов ее пневмогидравлической системы. На нижнем опорном шпангоуте отсека смонтированы четыре стартовые опоры и пневмо-, гидро- и электроразъемы, для сопряжения PH со стартовым комплексом. На боковой поверхности отсека расположены четыре обтекателя с камерами рулевого жидкостного ракетного двигателя (ЖРД). Кроме того, под одним из них, находящимся в плоскости управления I и III, размещены ракетные двигатели твердого топлива (РДТТ) увода ступени после разделения. Снаружи ступени (под гаргротами) проложены пневмо- и гидрокоммуникации, а также кабельная сеть.

Силовая установка 1-й ступени состоит из двух двигателей — маршевого РД-261 и рулевого РД-855. Шестикамерный ЖРД РД-261 разработан в НПО «Энергомаш» под руководством академика В.П.Глушко. Он выполнен по схеме без дожигания генераторного газа и конструктивно состоит из трех одинаковых блоков РД-260, собранных на общей раме с единой кабельной сетью. Каждый блок имеет две камеры сгорания, турбонасосный агрегат (ТНА) с рамой, восстановительный газогенератор (ГГ), пиростартер для раскрутки ТНА, агрегаты автоматики и трубопроводы. Масса сухого двигателя — 1718 кг. Диаметр выходного сечения сопел — 768 мм.

Вывоз PH «Циклон-3» из МИКа

Вывоз PH «Циклон-3» из МИКа

Рулевой двигатель РД-855, разработки ОКБ «Южное», также выполнен по схеме без дожигания. Он включает в себя четыре поворотные камеры (угол поворота ±41°), ТНА, восстановительный ГГ, пиростартер, агрегаты автоматики и трубопроводы. Поворот камер осуществляется гидроприводами. Кроме того, в состав двигателя входят окислительный ГГ и смеситель горючего. Выработанный в них горячий газ используется для наддува баков 1-й ступени. При старте PH сначала запускается рулевой ЖРД, происходит наддув баков, и примерно через 2 с запускается маршевый ЖРД.

Вторая ступень состоит из приборного, топливного и хвостового отсеков.

Приборный отсек клепаной конструкции. Он имеет форму усеченного конуса. Снаружи покрыт теплоизоляцией. В нем четыре больших люка (один из которых закрыт обтекателем) для обслуживания аппаратов систем управления и телеметрии.

Топливный отсек образован цилиндрической обечайкой и тремя полусферическими днищами — верхним, нижним и промежуточным. Последнее делит отсек на две полости — окислителя и горючего Верхняя часть обечайки выполнена из кольцевых секций, а нижняя сварена из шести панелей. Через полость горючего проходит расходный трубопровод окислителя. Внутри обечайка полости окислителя гладкая, а обечайка полости горючего подкреплена силовым набором. Материал обечайки и днищ — АМг6. В полости окислителя установлены также устройства для демпфирования колебаний жидкости — сверху коническая оболочка и шесть радиальных перегородок вдоль образующей цилиндра. Наддув полостей происходит из специальных газогенераторов.

Хвостовой отсек также клепаной конструкции, которая аналогична хвостовому отсеку 1-й ступени. В нем расположены двигательная установка и агрегаты пневмогидравлической схемы 2-й ступени. На его нижнем торцевом шпангоуте имеется теплозащитный экран из титанового сплава. Снаружи ступени проходят электро- и пневмокоммуникации, закрытые гаргротом.

PH «Циклон-3» на стартовом столе

PH «Циклон-3» на стартовом столе

Двигательная установка 2-й ступени также состоит из двух двигателей — маршевого РД-262 и рулевого РД-856. Маршевый РД-262, разработки НПО «Энергомаш», имеет две камеры сгорания, ТНА, восстановительный ГГ. пиростартер, агрегаты автоматики и ряд других элементов. Камеры соединены специальной рамой, к которой крепится ТНА, расположенный горизонтально между камерами в области их критических сечений. Фактически данный ЖРД аналогичен по конструкции блокам маршевого двигателя 1-й ступени, но отличается соплом с более высокой степенью расширения. Масса сухого двигателя 665 кг, высота 2.04 м, диаметр 2,2 м.

Четырехкамерный рулевой двигатель 2-й ступени РД-856, разработки ОКБ «Южное», распложен идентично рулевому двигателю 1-й ступени и аналогичен по конструкции. Его камеры закрыты четырьмя обтекателями на боковой поверхности отсека. Под двумя из них, расположенными в плоскостях управления I и III, размещены РДТТ увода ступени. Также на внешней поверхности отсека имеются заправочные горловины. Оси камер сгорания отклонены на 5° относительно продольной оси ступени.

Третья ступень (получившая индекс С5) для PH «Циклон-3» была разработана специально. Она оснащена ЖРД РД-861 (созданным в ОКБ «Южное»), работающим на тех же компонентах топлива, что и обе нижние ступени, и допускает двукратный запуск. Третья ступень стыкуется со 2-й через переходной отсек, имеющий форму обратного конуса, и размещается внутри цилиндрической части головного обтекателя (ГО). Она состоит из рамы, топливного и хвостового отсеков. К раме, расположенной в передней части ступени, крепится и полезный груз. Топливный отсек 3-й ступени представляет собой тороидальный бак, сваренный из наружной и внутренней цилиндрических обечаек и трех днищ — верхнего, среднего и нижнего — из сплава АМг6. Среднее днище делит отсек на две полости — окислителя и горючего. Внутри полостей установлены демпферы колебаний жидкости, заборные устройства и другая арматура. В объеме, образованном внутренней обечайкой ТО, на раме смонтирован маршевый ЖРД.

PH «Циклон-3»

РД-861 включает в себя камеру сгорания, ТНА, восстановительный ГГ, два пиростартера, систему выброса генераторных газов, приборы автоматики и другие элементы. Все агрегаты смонтированы на раме, которая крепится к нижнему шпангоуту бака горючего. Система выброса генераторных газов, отработавших в турбине ТНА, обеспечивает управление полетом 3-й ступени по каналам тангажа, рыскания и крена. Она состоит из газоводов, газораспределителей (клапанов перепуска) и восьми неподвижных газовых сопел — четырех по тангажу и рысканию и четырех по крену Сопла тангажа и рыскания находятся в хвостовом отсеке и расположены под углом 35° к продольной оси ступени.

Хвостовой отсек имеет форму усеченного конуса и предназначен для размещения исполнительных органов жидкостной реактивной системы управления с их приводами. Система управления предназначена для успокоения ступени с КА после отделения, ее стабилизации и ориентации в свободном полете и обеспечения запуска маршевого двигателя в невесомости. Она работает на тех же компонентах топлива, что и маршевый ЖРД, и представляет собой двигатель с вытеснительной подачей компонентов. В состав данной системы входят десять неподвижных миниатюрных камер сгорания, питаемых из основных баков, пускоотсечные электрогидроклапаны, трубопроводы и элементы крепления камер. Восемь из них используются для обеспечения ориентации и стабилизации ступени по тангажу, рысканию и крену, а две — для создания осевой перегрузки перед повторным запуском маршевого ЖРД.

Головной обтекатель (сделан в основном из алюминиевых сплавов). Его конструкция клепаная, образована поперечными шпангоутами, продольными стрингерами и лонжеронами, а также обшивкой. На боковой поверхности обтекателя сделаны люки для доступа и обслуживания КА и элементы сброса — шарниры и толкатели. Головной обтекатель сбрасывается на участке полета 2-й ступени, после прохождения плотных слоев атмосферы, и разделяется продольно на две половинки.

При создании ракетно-космического комплекса «Циклон» были внедрены новые подходы к организации работ по подготовке к пуску PH. Это вывело отечественное космическое ракетостроение в середине 60-х годов прошлого века на новый качественный уровень. Достаточно заметить, что до последнего времени по эксплуатационным характеристикам у комплекса не было аналогов за рубежом.

По предложению конструкторского бюро транспортного машиностроения, которому было поручено создание стартового комплекса, базовая ракета Р-36 была доработана для адаптации к наземному оборудованию. Это позволило автоматизировать все основные и многие вспомогательные операции. Уровень автоматизации по циклу предстартовой подготовки и пуска PH «Циклон-2» и «Циклон-3» составляет 100%, а в целом по работам на комплексе — не менее 80%. Единственной опасной ручной операцией является повторное подсоединение заправочных коммуникаций в случае отмены пуска.

Особенности технологии работ, проводимых с PH типа «Циклон», состоят в следующем. После сборки и проведения горизонтальных испытаний в монтажно-испытательном корпусе PH укладывается на специальный транспортно-установочный агрегат (ТУА). По нему проложены все необходимые коммуникации для связи ракеты с наземными системами. Коммуникации подсоединяются к PH и к плате, установленной в торце агрегата. Она снабжена разъемными устройствами, которые при наезде и подъеме ТУА на стартовый стол автоматически сочленяются с ответными разъемами коммуникаций стартовых систем. Кроме того, частью ТУА является опорное кольцо, к которому крепятся стартовые опоры PH.

Двигательная установка 1-й ступени (На пяти соплах надеты чехлы)

Двигательная установка 1-й ступени (На пяти соплах надеты чехлы)

Транспортно-установочный агрегат подвозится к стартовому столу по железнодорожному пути и подсоединяется к стреле подъемника, который является частью стартового комплекса. Стрела поднимает ТУА с PH на стартовый стол, а опорное кольцо жестко крепится к нему. Стол представляет собой четыре опоры и газоотражатель в виде шестигранной пирамиды. После заправки за 1 — 2 мин до команды «Пуск» происходит освобождение PH от захватов, подъемная стрела с ТУА отводится на 24° и ракета стартует. При этом все сгораемые во время пуска изделия сосредоточены на ТУА и удаляются со стартовой позиции вместе с ним. Пусковой стол и другие агрегаты не требуют проведения ремонтных работ после пуска. Весь процесс от подъема PH до команды «Пуск» занимает примерно 2 часа 30 мин. Из них на заправку тратится всего 15 мин.

Стартовый комплекс «Циклон» имеет современные средства управления и контроля. На нем впервые организован процесс управления подготовкой и пуском по единой программе в полностью автоматическом режиме, начиная с подвода PH к пусковому столу.

В настоящее время в ОКБ «Южное» в соответствии с межгосударственными соглашениями между Украиной и Бразилией ведутся работы по созданию PH «Циклон-4», которая будет дальнейшим развитием PH «Циклон-3». Для нее создаются новая более мощная 3-я ступень и головной обтекатель увеличенного до 4 м диаметра, а первые две ступени останутся практически такими же, как и у «Циклона-3». Общая длина PH составит 38,392 м. В случае реализации проекта, на бразильском космодроме Алькантра, расположенном у экватора, должен быть построен комплекс для запуска PH «Циклон-4». Тогда PH сможет вывести полезный груз массой 5,35 т на орбиту высотой 500 км с наклонением 2,3°.

Рекомендации по моделированию

Ракета-носитель «Циклон-3» может быть интересной для опытных ракетомоделистов как объект для моделирования в классе S7 моделей-копий на реализм полета. Модель-копия, построенная в трех ступенях и действующая как прототип, может получить весьма высокую, приближающуюся к максимальной, оценку демонстрации полета. Это обусловлено возможностью установки на 1-ю ступень шести модельных ракетных двигателей (МРД), демонстрации трехступенчатого полета и выполнения максимально возможного числа специальных эффектов (сброс головного обтекателя, двукратное включение двигателя 3-й ступени, отделение до шести макетов КА, имитация предварительного запуска рулевых двигателей 1-й ступени). Кроме того, простота стартового комплекса, позволяет достаточно легко его смоделировать и сделать действующим.

И хотя прототип достаточно прост по обводам, но имеет привлекательную раскраску и маркировку, что позволяет надеяться на достаточно высокую стендовую оценку. Кроме того, такая модель-копия ни разу не участвовала в соревнованиях и будет совершенно новой для судей, а это несомненно повысит ее оценку.

Технические данные PH «Циклон-3»:

 

Стартовая масса, т…………………………………………………………….186

Масса полезного груза, т (на орбиту высотой 200 км)………….3.6

Длина, м………………………………………………………………………..39,270

1-я ступень

Длина, м………………………………………………………………………..18,870

Диаметр, м………………………………………………………………………3,000

Максимальный поперечный размер по обтекателям, м…….4,000

Тяга маршевого двигателя у земли, кН……………………………..2459

Давление в камере сгорания, кПа……………………………………..8,66

Продолжительность работы, с……………………………………………120

Тяга рулевого двигателя, кН……………………………………………….297

2-я ступень

Длина, м………………………………………………………………………..10,080

Диаметр, м………………………………………………………………………3,000

Максимальный диаметр приборного отсека, м…………………3,005

Максимальный поперечный размер по обтекателям, м…….3,802

Тяга маршевого двигателя, кН ……………………………………………883

Время работы, с………………………………………………………125 — 162

Тяга рулевого двигателя, кН…………………………………………….54,73

Диаметр ГО, м…………………………………………………………………2,700

Длина ГО, м…………………………………………………………………….9,540

Длина переходника, м……………………………………………………..0,780

3-я ступень

Тяга маршевого двигателя, ЖРД кН…………………………………..81,8

Продолжительность работы, с……………………………………………118

При постройке модели рекомендую принять конструктивные решения, принятые для модели-копии PH «Космос-ЗМ», опубликованные в «М-К» № 8 за 2000 г. Предварительные расчеты показывают, что удобным для моделирования будет масштаб 1:40, чтобы уложиться в максимальную стартовую массу для моделей-копий. При этом диаметр модели-копии составит 75 мм, а длина — 982 мм. Стартовая масса будет 600 — 700 г. И тогда для запуска модели достаточно шести МРД5-3 диаметром 13 мм, которые оптимально впишутся в макетные сопла 1-й ступени. На 2-й ступени достаточно установить один МРД20-6 диаметром 18,6 мм и на 3-й ступени — один МРД5-3.

Так как прототип не имеет оперения, основной сложностью будет обеспечение устойчивого полета всех ступеней модели-копии. Для 2-й и 3-й ступени задача решается применением блоков раскрывающихся стабилизаторов. Аэродинамическая форма прототипа такова, что при помощи загрузки нельзя добиться необходимого для устойчивого полета 1-й ступени положения центра тяжести модели, как в случае модели-копии PH «Космос-ЗМ». Поэтому на 1-й ступени целесообразно применить прозрачные стабилизаторы. Аккуратно сделанные стабилизаторы сильно не повлияют на стендовую оценку и позволят избежать загрузки носовой части модели.

В. МИНАКОВ, инженер

Литература:

1. «Новости космонавтики», № 2, 2001 г., стр. 37 — 38.

2. «Новости космонавтики», № 2, 2002 г., стр. 41 —47.

3. «Новости космонавтики», № 11, 2002 г., стр. 52 — 54.

4. «Новости космонавтики», № 12, 2003 г., стр. 39 — 42.

5. «Украинский ракетомоделизм», № 1, 1995 г., стр. 10— 14.

6. «Украинский ракетомоделизм». № 2, 1995 г., стр. 8— 13.

7 Первое М. Ракетные комплексы РВСН — «Техника и вооружение», № 5 — 6, 2001 г.

8. Паутницкий Ю В. и др. Отечественные ракеты-носители. — СПб., Изд. центр ГМТУ, 1996 г.

9. Морозов Б. и др. Космодром Плесецк. — г. Мирный, «Международный космический центр «Плесецк», 1992 г.

10. Уманский С.П. Ракеты-носители. Космодромы. — М., «Рестарт Плюс». 2001 г.

11. PH «Циклон-3». Альбом чертежей для ракетомоделистов. Под ред. С.Н.Конюхова. — ГКБ «Южное», 1996 г.

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить нам.

Рекомендуем почитать

  • МОТОНАРТЫ ОТ «А» ДО «Я»МОТОНАРТЫ ОТ «А» ДО «Я»
    Что должен знать любитель, принимающийся за создание «зимнего мотоцикла»? Типовая конструкция (рис. 1). Обратите внимание на необходимость как можно ниже расположить центр тяжести и...
  • Ми-38 НА ПУТИ К УСПЕХУМи-38 НА ПУТИ К УСПЕХУ
    История появления этого вертолета довольно типична для советского авиастроения. На фоне, казалось бы, удачной линейки винтокрылых машин Ми-2, Ми-8, Ми-6 с коммерческой нагрузкой в одну,...
Тут можете оценить работу автора:

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: