Характеристика нагрузок, действующих на поднимаемую систему установщиков

12
Далее ⇒

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(государственный технический университет)

филиал «Восход»

Кафедра Б-11 Сарапулов В. Н.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению практической работы по дисциплине «Эксплуатация летательных аппаратов и систем»

на тему: «Ракетно-космические комплексы»

Одобрено Ред. Советом

филиала «Восход» МАИ

протокол №___________

от «___»_________2013 г.

Байконур 2013 г.

Аннотация

Методические указания предназначены для помощи студентам специальности 070300 в выполнении лабораторной работы по курсу «Летательные аппараты ».

Лабораторная работа основана на изучении структуры космодрома и составляющей его части – РКК. В работе определен состав ракетно-космических комплексов, их структура, даны основополагающие понятия, формирующие облик РКК.

Лабораторная работа позволяет изучить как структуру РКК, так и их состав и функциональное назначение.

Содержание

Аннотация

Содержание

Основные обозначения 4

Введение 5

Цель лабораторной работы 6

1 Ракетно-космический комплекс: назначение, структура,

классификация, позиционный район РКК 7

2 Техническая позиция РКК 11

3 Стартовая позиция РКК 15

4 Характеристика нагрузок, действующих

на поднимаемую систему установщиков 25

4.1 Виды нагрузок 25

4.2 Грузовой момент 26

4.3 Практическая часть 30

5 Отчетность по лабораторной работе 31

Контрольные вопросы 32

Литература 33

Основные обозначения

КА – космический аппарат

КРТ – компонент ракетного топлива

РКК – ракетно-космический комплекс

РН – ракета-носитель

РБ – разгонный блок

СП – стартовая позиция

ТП – техническая позиция

Введение

Приступая к выполнению лабораторной работы, студент должен внимательно изучить теорию, изложенную в лекционном материале.

При выполнении работы первоначально надо разобраться в понятиях и определениях, на которых базируются основы теории разработки РКК.

Лабораторная работа должна помочь студентам специальности 073000 лучше усвоить теоретический курс, читаемый по дисциплине «Летательные аппараты».

Целью лабораторной работы является закрепление знаний лекционного материала по основам технического облика ракетно-космических комплексов.

1 Ракетно-космический комплекс: назначение, структура, классификация, позиционный район РКК

Ракетно-космический комплекс (РКК) предназначен для обеспечения транспортирования, хранения, приведения и содержания в готовностях, технического обслуживания, подготовки, пуска и контроля полета ракеты космического назначения на участке выведения.

Технические средства РКК объединены в следующие структурные единицы: ракета космического назначения, технический и стартовый комплексы и КСИСО РКК. Оборудование ТК и СК размещено в соответствующих сооружениях технической и стартовой позиций. Ракетно-космические комплексы занимают позиционные районы в составе космодрома. Эксплуатацию РКК осуществляют части запуска КА и эксплуатирующие организаций Федерального Космического Агентства.

Ракетно-космические комплексы являются универсальными и входят в состав различных космических комплексов.

Технический облик РКК определяется ракетой-носителем. Название ракеты-носителя дает название и самому РКК. Например, РН «Протон» и РКК «Протон».

Технические средства РКК, кроме ракеты космического назначения, объедены в технический (ТК) и стартовый (СК) комплексы. При выполнении основной задачи по предназначению - подготовке к пуску и пуске РКН - РКК функционально взаимодействует с комплектом средств измерений, сбора и обработки информации (КСИСО РКК). Структура РКК представлена на рисунке 1.

Технический комплекс РКК (ТК РКК) состоит из технического комплекса РКН (ТК РКН) и технических комплексов ее составных частей (ТК РН, ТК КА, ТК РБ, ТК КГЧ).

Технологическое оборудование технического комплекса РКК размещается в зданиях и сооружениях технической позиции РКК (ТП РКК).

Технические комплексы РКН и ее составных частей представляют соответствующие совокупности технологического оборудования для проведения комплекса работ с РКН и ее составными частями.

Технические комплексы РКН и ее составных частей размещены на соответствующих рабочих местах (РМ) в монтажно-испытательном корпусе ТП РКК.

Стартовый комплекс РКК (СК РКК) предназначен для обеспечения готовности, подготовки и пуска РКН.

СК РКК представляет совокупность стационарных и подвижных технических средств и сооружений.

Технологическое оборудование стартового комплекса РКК размещается на пусковой установке (пусковых установках) и в сооружениях стартовой позиции РКК (СП РКК).

Комплект средств измерений, сбора и обработки информации РКК (КСИСО РКК) предназначен для обеспечения контроля параметров РКН на ТК и СК и полете РКН на участке выведения, обработки, документирования и распределения информации между потребителями.

КСИСО РКК - совокупность взаимосвязанных технических средств с информационным и математическим обеспечением и сооружений из состава измерительного комплекса космодрома (ИИК).

Технологическое оборудование КСИСО размещено на ТК и СК РКК и в сооружениях измерительных пунктов (ИП) космодрома.

В нормативно-технической документации введено понятие «космического ракетного комплекса», который объединяет всю инфраструктуру подготовки и запуска всех типов и модификаций КА для конкретной базовой ракеты-носителя.

Космический ракетный комплекс (КРК) - совокупность ракеты-носителя конкретного типа (базовой) с ее возможными модификациями, технических средств, сооружений с техническими системами и инженерными коммуникациями, предназначенная для проведения заданной технологии работ с ракетами-носителями и (или) ракетами космического назначения, собранными на основе базовой ракеты-носителя, по их подготовке к пуску, содержанию в установленных готовностях, пуску и управлению на участке выведения траектории полета РКН. Основными составными частями КРК являются РН, ТК РН, ТК РКН, СК КРК, автоматизированные системы управления подготовкой и пуском (АСУ ПП), КСИСО. В качестве составных частей КРК могут использоваться составные части других комплексов.

Измерительные пункты и вычислительный центр (ВЦ) образуют измерительный комплекс космодрома.

Выполнение перечисленных задач ИКК производит с помощью оптической, квантовой, радиотехнической, электронной и другой аппаратуры. Измерительные пункты расположены вдоль трассы пуска РКН. Необходимое количество ИП и их расположение определяются условиями обеспечения непрерывного контроля полета РКН и получения информации на протяжении всего участка выведения - вплоть до отделения КА от РН.

Типовой ИП состоит из командного пункта (КП), системы единого времени (СЕВ), средств траекторных и телеметрических измерений, средств связи с экипажами пилотируемых КА, электронных средств предварительной обработки информации и др. Измерительные пункты по каналам связи передавит информацию в вычислительный центр, в котором производится ее обработка»

Классификация РКК проведена по следующим классификационным признакам:

а) по типу РН:

• РКК для пуска РН легкого класса (РКК «Космос», «Циклон», «Старта», «Рокот»);

• РКК для пуска РН среднего класса (РКК «Союз», «Молния», «Зенит»;

• РКК для пуска РН тяжелого класса (РКК «Протон», «Ангара»);

• РКК для пуска РН сверхтяжелого класса (РКК «Энергия»);

б) по среде и месту размещения:

• наземные (РКК «Старт», «Энергия»);

• подземные или шахтные (РКК «Рокот», «Днепр»);

• надводные (РКК «Sea Launch»);

• подводные (на базе РН типа «Штиль» атомных подводных лодок);

в) по мобильности:

• стационарные (РКК «Космос», «Энергия»);

• мобильные (РКК «Старт», «Штиль»).

Позиционный район РКК- участок местности, ограниченный условной замкнутой линией, огибающей внешние объекты РКК, на котором размещены сооружения, коммуникации и оборудование РКК. Позиционные районы РКК различных типов объединяются в позиционный район космодрома.

Тип РКК определяет состав элементов позиционного района, их взаимное размещение и общую площадь занимаемого участка местности. Площадь позиционного района РКК составляет 10-15 км².

Основными элементами позиционного района РКК являются техническая (ТП) и стартовая (СП) позиции и административно-хозяйственная зона (АХЗ) (рисунок 2).

ТП РКК - техническая позиция РКК; СП РКК - стартовая позиция РКК; АХЗ - административно-хозяйственная зона

Техническая позиция РКК- охраняемый участок или участки местности, на котором размещаются технический комплекс РКК, боезапас РН, КГЧ, комплектующие элементы к РН и КА, ЗИП и материальные средства (рисунок 3).

ТП РКК – техническая позиция РКК; СП РКК – стартовый комплекс РКК; АХЗ – административно-хозяйственная зона

- ж / д пути(внутренние); - шоссейные дороги ; - линии электроснабжения; - линии связи

Рисунок 2 - Позиционный район РКК (ПР РКК)

Техническая позиция РКК

Основными сооружениями ТП РКК являются монтажно-испытательный корпус (МИК) с техническим пунктом управления (ТехПУ), хранилище РН и КА, здание компрессорной станции, заглубленное хранилище пиросредств, зарядно-аккумуляторная станция (ЗАС). Кроме того, имеются пожарный водоем, контрольно-пропускной пункт (КПП), укрытие (убежище) для обслуживающего персонала и технологические площадки.

Транспортирование КСр и других видов материальных средств на ТП осуществляется железнодорожным и автомобильным транспортом. Для производства погрузочно-разгрузочных работ имеются эстакады, подъездные пути и технологические площадки.

МИК - главное сооружение ТК, в котором размещаются комплекты технологического оборудования ТК. Технологическое оборудование обеспечивает проведения всего комплекса работ с РН и КА: выгрузку из вагонов и прием; сборку РН; автономные и комплексные испытания РН и КА; стыковку

РН КА; подготовку РКН к транспортированию на СК.

МИК может состоять из одного или нескольких залов, в которых развернуты рабочие места (РМ) с технологическим оборудованием по приведению РН и КА в соответствующие степени технической готовности. В зависимости от размеров МИК и класса РН в нем одновременно может проводиться подготовка нескольких РН и КА различных типов.

Залы МИК оборудованы мостовыми кранами, количество и грузоподъемность которых зависят от класса РН и типа КА, а также от принятой технологии подготовки РКН к применению.

Для обеспечения нормальных условий жизнедеятельности обслуживающего персонала (боевых расчетов) и функционирования технологического оборудования МИК оборудован техническими системами: отопления, вентиляции, водоснабжения и канализации, противопожарной защиты и др.

В МИКе оборудуется технический пункт управления. Расчет ТехПУ осуществляет управление расчетами ТК при выполнении задач. Для оперативного управления расчетами при выполнении всех видов работ МИК оснащен телефонной, шлемофонной и громкоговорящей видами связи.

Основными проблемами в эксплуатации МИК являются обеспечение требуемых температурно-влажностного режима и чистоты помещений.

Размеры монтажно-испытательных корпусов, в основном, определяются типом РН и числом рабочих мест по подготовке РН и КА. МИК для РН легкого класса представляет собой многопролетное сооружение длиной 100-120м, шириной 50-60 м и высотой 10-15 м. МИК РН тяжелого класса «Протон»

ЗАС - зарядно-аккумуляторная станция; МИК - монтажно-испытательный корпус; КПП - контрольно-пропускной пункт

Рисунок 3 - Схема ТП РКК

имеет размеры: длина 450 м, ширина 200 м и высота 30 м. Следовательно, только для однократного обмена воздуха в МИК РКК «Протон» в течение суток приточная система вентиляции должна обеспечить подачу воздуха не менее 100 000 м³/ ч.

Для нагревания 3250 т воздуха, а именно такое количество воздуха находится в сооружении таких размеров, на один градус требуется 3,2 ГДж, что эквивалентно энергии, выделяемой при сгорании около 100 кг мазута. Расчеты доказывают, что для изменения относительной влажности на 1% при температуре 15°С требуется или удалить из воздуха или испарить в нем до 350 кг воды.

Подготовку объектов, к которым предъявляются особые требования по температуре и влажности, осуществляют или в изолированных помещениях щи в специальных камерах. На заключительном этапе подготовки такие объекты защищаются от влияния окружающей среды с помощью термочехлов.

При подготовке РН и КА на ТК предъявляются достаточно жесткие требования по обеспечению чистоты помещений. Класс чистоты помещений, в которых проводятся работы с РН и КА, должен быть не ниже 4-го. Допустимые загрязнения чистых производственных помещений 4-го класса характеризуются показателями:

• число частиц в 1 л воздуха при размере частиц 0,5 мкм и выше - не

более 100 000;

• масса загрязнений в 1 м³ воздуха - не более 0,5 мг.

Так как обеспечить такие условия во всем МИКе практически невозможно, то подготовку КА проводят в чистых камерах.

Компрессорная станция предназначена для получения воздуха высокого давления требуемого качества. В здании компрессорной станции размещается несколько стационарных компрессоров. Номинальное давление воздуха г выходе из компрессоров 40 МПа (40 кГс/см²). Хранение запаса воздуха осуществляется в сооружении ресиверной в баллонах с давлением 22 МПа (220 кГс/см²) и 40 МПа (400 кГс/см²). Баллоны объединены в секции. Выдача во»-духа потребителям осуществляется со щитов выдачи. Ресиверная сообщается с МИК посредством трубопроводов высокого давления.

Хранилище РН и КА предназначено для хранения запаса РН, КА и РКН. Для обеспечения сохраняемости КСр хранилище оборудовано системами обеспечения температурно-влажностного режима. Для контроля параметров ТВР в хранилище имеются посты ТВР с приборами контроля ТВР и документацией.

Зарядно-аккумуляторная станция (ЗАС) предназначена для подготовки и зарядки аккумуляторных батарей, используемых в качестве бортовых источников питания РН и КА.

Хранилище пиросредств предназначено для хранения пороховых ракетных двигателей систем разделения ступеней, тормозных и корректирующих ДУ КА, двигательных установок систем мягкой посадки спускаемых аппаратов, систем аварийного спасения и других пиросредств (разрывных болтов, пирозамков, пиропатронов).

Хранение ЗИП осуществляется на складе ЗИП (склад службы вооружения части).

Стартовая позиция РКК

Стартовая позиция РКК- охраняемый участок местности в позиционном районе РКК, на котором размещены пусковая установка (пусковые установки), сооружения и технические средства СК РКК (рисунок 3).

Сооружения СК - совокупность строительных конструкций, предназначенная для размещения РКН, технологического оборудования и технических систем СК РКК, контрольно-проверочной аппаратуры СК РКК, средств измерений и контроля параметров СК РКК и РКП, личного состава расчетов, а также их защиты от неблагоприятных факторов окружающей среды. Основными сооружениями СП РКК являются одна или две пусковые установки, технологический блок (ТБ) с пристартовым КП, стационарные хранилища КРТ (хранилища «О» и «Г»), сооружение энергоблока, укрытие для личного состава, пристартовые хранилища и другие сооружения.

Пусковая установка (ПУ)- агрегат или пусковое сооружение с пусковым оборудованием и техническими системами для приема, вертикализации и удержания РКН в положении для пуска, подвода к ней электрических, пневматических, топливных, дренажных и других коммуникаций, а также пуска РКН.

Пусковые установки для каждого типа РН имеют существенные отличия. Для установки РН «Космос» на пусковое устройство и подготовки к пуску используется башня обслуживания, которая представляет собой многоярусное сооружение высотой до 60 м и массой до 450 тонн (рисунки 4 и 5).

Перед установкой РН на ПУ башня обслуживания по железнодорожному пути специальной колеи подводится к пусковому устройству. Полиспастная система башни обслуживания обеспечивает перевод РКН из горизонтального положения в вертикальное. РКН устанавливается опорными кронштейнами на ПУ. Вокруг РКН развертываются площадки обслуживания. К РН стыкуются наполнительные соединения системы заправки РН КРТ, электроразъемы НППЭО и трубопроводы системы газоснабжения.

Рисунок 4 - Схема стартовой позиции РКК

Перед установкой РН на ПУ башня обслуживания по железнодорожному пути специальной колеи подводится к пусковому устройству. Полиспастная система башни обслуживания обеспечивает перевод РКН из горизонтального положения в вертикальное. РКН устанавливается опорными кронштейнами на ПУ. Вокруг РКН развертываются площадки обслуживания. К РН стыкуются наполнительные соединения системы заправки РН КРТ, электроразъемы НППЭО и трубопроводы системы газоснабжения.

Перед пуском РКН башня обслуживания отводится от ПУ. Стартовое сооружение с пусковым сооружение для РН «Союз» представляет собой многоэтажное железобетонное сооружение, верхняя часть которого находится на уровне стартовой площадки, с широким проемом в центре, который переходит в односкатный газоход. На верхней части стартового сооружения расположено ПУ. На подвижной круговой части шарнирно закреплены четыре откидывающиеся опорные фермы. После перевода установщиком РКН из горизонтального положения в вертикальное, фермы ПУ подводятся к силовому узлу ракеты-носителя. Верхние части ферм замыкаются в силовое кольцо и сила тяжести РКН передается через силовое кольцо наПУ. С началом подъема РН при пуске нагрузка на силовое кольцо снимается и опорные фермы под действием противовесов раскрываются, давая проход РН.

На поворотной части ПУ установлены две фермы обслуживания с полукольцевыми площадками обслуживания, которые, сомкнувшись вокруг ракеты, образуют системы кольцевых площадок обслуживания как РН, так и КА. Для доставки приборов, инструмента, личного состава расчета пуска и экипажа пилотируемых КА фермы оснащены грузовыми и пассажирскими лифтами. Перед пуском фермы отводятся от ПУ и опускаются в горизонтальное положение.

На той же поворотной части расположены кабель-мачты, предназначенные для подвода к РН электроразъемов НППЭО, газовых и дренажных коммуникаций.

Совмещения главных плоскостей симметрии как РН «Космос», так и «Союз» с плоскостью стрельбы при прицеливании, т.е. разворот РКН по ази- муту пуска, производится вращением поворотной части ПУ.

Перед пуском РН «Союз» кабель-мачты автоматически отстыковывают-ся и откидываются под действием противовесов.

Особенности СК РКК «Протон» по сравнению с СК РКК «Союз»:

1) РКН транспортируется с ТК на СК с помощью железнодорожной платфор-

1 - механизм подъема стрелы ТУА; 2 - площадки обслуживания; 3 -стрела транспортно-установочного агрегата(ТУА)

Рисунок 5 - ТО «Космос» на ПУ

мы, установка РКН на ПУ осуществляется с помощью стационарного) установщика, стрела которого с гидросистемой смонтирована в стартовом сооружении;

2) РН устанавливается (а не подвешивается) на гидроопоры ПУ и фиксируется в нижней части специальными механическими захватами, удержи-вающими РКН до момента пуска;

3) система управления РН обеспечивает ее разворот по азимуту пуска навертикальном участке движения, следовательно, на ПУ отсутствует механизм поворота;

4) на ПУ отсутствуют кабель-мачты: они заменены механизмом стыковки, представляющий набор электро-, пневмоплат. Механизм стыковки при ус-

1 – лифт; 2 – кабель-мачта; 3 – платформа; 4 – механизм передвижения; 5 – гибкий трубопровод; 6 – башня обслуживания

Рисунок 6 – РН «Космос» на ПУ

тановке ракеты соединяется с ответными платами в хвостовой части РН, обеспечивая контакт более пяти тысяч электрических и пневматических коммуникаций;

5) заправка токсичными КРТ осуществляется по замкнутому циклу, исключающему выход или выброс паров КРТ в помещения ПУ и в атмосферу. Пары окислителя химически нейтрализуются, а горючего - сжигаются.

РКК «Зенит» может проводить пуски без непосредственного участия человека, т.е. он создан в соответствии с концепцией «безлюдного старта» (рисунки 6 и 7). Транспортирование РКН с ТК на СК, установка РКН на ПУ, стыковка гидро-, пневмо- и электрокоммуникаций производится в автоматическом режиме. По степени автоматизации и безопасности РКК «Зенит» не имеет аналогов в мире.

Пуск РН «Старт» производится с самоходной пусковой установки (рисунок 9), смонтированной на базе многоосного колесного шасси.

Конструкция ПУ и РН обеспечивают длительное содержание в готовности в горизонтальном положении. При подаче команды на пуск транспортно-пусковой контейнер с РКН за 40-50 с посредством силового гидроцилиндра переводится из горизонтального положения в вертикальное, затем пороховой аккумулятор давления (ПАД), размещенный в днище ТПК, обеспечивает «минометный старт», т.е. ПАД выбрасывает РКН со скоростью 70-80 км/ч из ТПК-На высоте 25-30 м от поверхности Земли запускается маршевый двигатель 1-1 ступени. Запуск маршевого двигателя на высоте практически полностью исключает воздействие высокотемпературной струи газов двигателя на ПУ, что существенно снижает затраты на проведение послепусковых ремонтном восстановительных работ.

Рисунок 7 - Установка РН «Зенит» на ПУ:

1 - гидроопоры ТУА; 2 - стрела ТУА; 3 - кабель-мачта; 4 -гидроцилиндры подъема стрелы ТУА; 5 - патрубки системы охлаждения

Рисунок 7 – Установка РН на ПУ

Так как тяговооруженность ракет космического назначения лежит в пределах 1,4-1,8, то они медленно уходят с ПУ, следовательно, высокотемпературная струя газов ДУ длительное время воздействует на ПУ. С целью снижения тепловых, акустических и механических нагрузок на газоход и элементы конструкции ПУ в зоне пламени создается водяная завеса. На СК РКК

«Протон» и «Зенит» предусмотрена защита механизмов стыковки бронированными створками.

1 – бортовая плата РН; 2 – блок стыковки кабель-мачты; 3 – кабель-мачта; 4 – стыковочные устройства коммуникаций заправки КРТ, гелия и термостатирования хвостового отсека РН; 5 – противовес КМ

Рисунок 8 – РН «Зенит» на ПУ

Технологический блок предназначен для размещения проверочно-пускового оборудования, системы дистанционного управления заправкой РН компонентами ракетных топлив и сжатыми газами, а также для размещения левого расчета пристартового КП.

Стационарные хранилища КРТ- сооружения, в которых размещаются емкости для хранения КРТ, системы подачи и термостатирования КРТ, системы пожаротушения и другое оборудование.

Ракета космического назначения, 90-95% от стартовой массы которой составляют пожаро-, взрывоопасные КРТ, представляет собой на СП объект повышенной опасности. В образовании взрыва могут участвовать до 20-25 % от всей массы КРТ, остальная часть КРТ взрывной волной разбрасывается на

Рисунок 9 – РКН «Старт-1» на подвижной ПУ

значительные расстояния и образует зону пожара. Следовательно, взрыв РН стартовой массой 100 т эквивалентен по мощности взрыву ~ 20 т ТНТ, а РН стартовой массой 700 т - ~ 70 т ТНТ.

При проведении пусков РКН в позиционном районе РКК устанавливается 3-4 зоны безопасности, и в зависимости от характера и степени риска в каждой зоне обеспечивается строгий режим допуска к работам и проводятся соответствующие мероприятия по обеспечению безопасности.

Характеристики зон безопасности при пуске РН сверхтяжелого класса Энергия»:

1) зона радиусом 2 км с уровнем шума до 13 5 дБ; эвакуация персонала за 2 часов до пуска;

2) зона радиусом 5 км с уровнем шума менее 120 дБ; эвакуация за 8 часов до пуска;

3) зона радиусом 8,5 км; эвакуация за 4 часа до пуска;

4) зона радиусом 15 км; эвакуация за 4 часа до пуска.

Административно-хозяйственная зона РКК предназначена для размещения и культурно-бытового обслуживания личного состава части запуска, а также для размещения технических средств, предназначенных для обеспечения зданий и сооружений технической позиции электроэнергией, теплом и водой (рисунок 10).

Характеристика нагрузок, действующих на поднимаемую систему установщиков

Виды нагрузок

Из всех операций, выполняемых при установке ракеты на пусковой стол, наиболее трудоемкой и продолжительной является перевод ракеты из горизонтального положения в вертикальное, при этом на механизм подъема стрелы (рисунок 1) со стороны поднимаемой системы (ПС), под которой будем понимать стрелу с ракетой или стрелу с траспортно-установочной тележкой с ракетой, действует момент сопротивления, создаваемый

ТП

Очистные сооружения

Баня

Тактические поля

Стадион

Артезианские скважины водозабора

Котельная

Столовая

Строевой плац

Склады служб тыла

Караульное помещение

Штаб

Клуб

Парк

Спортзал

Пожарное депо

Учебный корпус

Казарма

12
Далее ⇒