многоразовый возвращаемый крылатый ракетный блок

Формула изобретения

МНОГОРАЗОВЫЙ ВОЗВРАЩАЕМЫЙ КРЫЛАТЫЙ РАКЕТНЫЙ БЛОК, содержащий двигательную установку ракетного блока и планер со складывающимися аэродинамическими поверхностями, хвостовым оперением и подсадочными устройствами, узлы силовой связи, отличающийся тем, что двигательная установка ракетного блока и планер выполнены в виде отдельных моноблоков, объединенных узлами силовой связи, при этом крылья планера имеют оси поворота, размещенные в поперечной плоскости по отношению к продольной оси многоразового возвращаемого крылатого ракетного блока, проходящей в районе центра массы конструкции многоразового возвращаемого крылатого ракетного блока, а сами крылья в сложенном положении уложены вперед вдоль фюзеляжа планера и размещены кромками в пазах фюзеляжа, образуя треугольное крыло малого удлинения с возможностью образования крыла большого удлинения в раскрытом положении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ракетной технике, в частности к ракетным блокам многоразового использования с применением аэродинамических поверхностей.

Известны ракетные блоки, оснащенные аэродинамическими поверхностями, в виде крыльев различной формы для осуществления после окончания работы маршевых двигателей и отделения блока от ракеты-носителя и входа в атмосферу полета в атмосфере и посадки на аэродром. Такие ракетные блоки используются, например, в проектах "Ариан" [1]

Известен многоразовый возвращаемый крылатый ракетный блок, содержащий двигательную установку ракетного блока и планер со складывающимися аэродинамическими поверхностями, хвостовым оперением и посадочными устройствами, узлы силовой связи [2] Известно крыло, в котором часть его с рулевым оперением в виде концевых шайб выполнена складывающейся. Оси поворота крыльев расположены снаружи вдоль корпуса блока. Из-за того, что в сложенном состоянии шайбы заходят друг за друга, крылья выполнены разной длины. В прототипе крылья раскрываются перед входом в атмосферу и образуют треугольное крыло двойной стреловидности. Выполнение указанного ракетного блока по традиционной самолетной схеме приводит к тому, что силовая конструкция крыла пронизывает емкости для топлива, которые чаще всего бывают криогенными (например, жидкий кислород или жидкий водород). В этом случае конструкция крыла ухудшает динамику подачи топлива к ракетным двигателям, усложняет обеспечение контроля за расходом топлива, а самое главное превращает в весьма сложную проблему выполнение герметичного соединения в местах пересечения конструкции крыла со стенками криогенного бака.

Кроме того, ракетный блок с такими крыльями при полете на скоростях от гиперзвуковых (М>20) до дозвуковых мало к ним адаптировано. Точнее такое крыло обеспечивает достаточно нормальные условия полета на гиперзвуковых скоростях, а на дозвуковых скоростях имеет слишком малое качество, чтобы обеспечить длительное планирование. Поэтому, чтобы обеспечить возвращение ракетного блока к аэродрому вблизи старта ракеты, обязательны двигатели, например ВРД, с большим запасом топлива для них (для обеспечения полета на несколько сот километров). Таким образом, увеличивается масса блока, необходимая для обеспечения его многоразового использования.

Существенным является также и то, что технология послеполетного обслуживания и ремонтных работ ракетной и самолетной частей такого ракетного блока имеют различия и не всегда могут осуществляться параллельно. Отсюда увеличение времени и затрат при подготовке блока к последующему пуску.

Данное изобретение обеспечивает решение задачи многоразового возвращения крылатого ракетного блока, оптимизацию конструкции крылатого ракетного блока, сокращение времени и затрат на профилактические и ремонтные работы между пусками ракет, обеспечивает возвращение крылатого ракетного блока с минимальными затратами массы на аэродром вблизи места старта ракеты.

Решение этих задач обеспечивается тем, что в многоразовом возвращаемом крылатом ракетном блоке, содержащем двигательную установку ракетного блока и планер со складывающимися аэродинамическими поверхностями, хвостовым оперением и посадочными устройствами, узлами силовой связи, в соответствии с изобретением, двигательная установка ракетного блока и планер выполнены в виде отдельных моноблоков, объединенных узлами силовой связи, при этом крылья планера имеют оси поворота, размещенные в поперечной плоскости по отношению к продольной оси многоразового возвращаемого крылатого ракетного блока, проходящей в районе центра массы конструкции многоразового возвращаемого крылатого ракетного блока, а сами крылья в сложенном положении уложены вперед вдоль фюзеляжа планера и размещены кромками в пазах фюзеляжа, образуя треугольное крыло малого удлинения с возможностью образования крыла большого удлинения в раскрытом положении.

На фиг. 1-3 показан многоразовый возвращаемый крылатый ракетный блок со сложенными крыльями и выдвинутым аэродинамическим щитком (на фиг. 1 вид сбоку, фиг. 2 вид спереди, фиг. 3 вид снизу); на фиг. 4-6 показан многоразовый возвращаемый крылатый ракетный блок с раскрытыми крыльями и убранным аэродинамическим щитков (на фиг. 4 вид снизу в полете; на фиг. 5 и 6 вид сбоку и вид спереди, стоящий на шасси на аэродроме); на фиг. 7 многоразовый возвращаемый крылатый ракетный блок со складывающимися хвостовым оперением; на фиг. 8 многоразовый возвращаемый крылатый ракетный блок, оснащенный воздушно-реактивным двигателем.

Многоразовый возвращаемый крылатый ракетный блок собран из моноблока планера 1 с выдвижным аэродинамическим щитком 2, хвостовым оперением 3 и крыльями 4, ракетного моноблока 5 с маршевым двигателем 6 и двигателями ориентации 7. Носовая часть ракетного моноблока 5 закрыта обтекателем 8. Посадочное устройство, например шасси велосипедного типа, состоит из основной опоры 9, передней опоры 10 и вспомогательных подкрыльевых опор 11. Оси поворота 12 крыльев 4 размещаются в районе центра масс "сухой" конструкции многоразового возвращаемого крылатого ракетного блока. Складывающееся хвостовое оперение 13 поворачивается вокруг осей 14. Воздушно-реактивным двигателем 15 для "подтягивания" многоразового возвращаемого крылатого ракетного блока до аэродрома вблизи старта закреплены в данном примере на складывающемся хвостовом оперении 13. Крылья 4 в сложенном состоянии размещены кромками в пазах 16.

Многоразовый возвращаемый крылатый ракетный блок работает следующим образом. В составе ракеты он связан в пакет с ракетой-носителем, при этом крылья 4 и аэродинамический щиток 2 сложены.

Если по условиям компоновки ракеты крылатый ракетный блок имеет складывающееся хвостовое оперение 13, то оно тоже сложено.

По окончании работы первой ступени ракеты-носителя после выключения маршевых двигателей 6 крылатый ракетный блок отделяется от ракеты-носителя и продолжает автономный полет по баллистической траектории, при этом в процессе баллистического полета выдвигается аэродинамический щиток 2 и раскрывается хвостовое оперение 13 (если оно выполнено складывающимся). На нисходящей траектории баллистического полета крылатый ракетный блок ориентируется с помощью двигателей ориентации 7 и входит вперед обтекателем в плотные слои атмосферы.

После сброса скорости аэродинамический щиток 2 убирается, крылатый ракетный блок, осуществив разворот в сторону аэродрома посадки, раскрывает крылья 4. В случае необходимости (в зависимости от удаления от аэродрома приземления) включаются специально установленные для этого случая воздушно-реактивные двигатели 15. При подлете к аэродрому крылатый ракетный блок выходит на посадочную глиссаду и совершает посадку на выпущенные опоры 9, 10, 11.

В некоторых случаях, когда траектория активного участка полета ракеты-носителя такова, что крылатый ракетный блок входит в атмосферу на наибольшем удалении от места старта, необходимо оснащать крылатый ракетный блок двигателями, например, ВРД, с тем, чтобы обеспечить "дотягивание" до аэродрома вблизи места старта ракеты. При этом за счет высокого качества крыльев, для поддержания планирующего полета потребная мощность двигателей и соответственно расхода топлива меньше, чем в прототипе. В этих же случаях можно обойтись и без двигателей, "дотягивающих" при пуске. При этом многоразовый возвращаемый крылатый ракетный блок осуществляет посадку в автоматическом режиме на аэродром 1 класса, где оснащается двигателями, заправляется топливом и в управляемом пилотном режиме осуществляет перелет к месту старта ракеты.

Эта разница обуславливается еще и тем, что треугольное крыло малого удлинения по сравнению с крылом большого удлинения при одной и той же площади крыла требует более значительных скоростей полета. Обычно треугольное крыло малого удлинения (3) применяется на сверхзвуковых самолетах. А при дозвуковых скоростях самолет вынужден лететь с большим углом атаки. Во всех случаях это увеличивает тягу двигателей и удельный расход топлива или же резко уменьшается протяженность планирования.

Иногда необходимо по условиям компоновки ракеты-носителя или по другим причинам, например, ограничениям по габаритам, обусловленными стартовыми сооружениями, хвостовое оперение выполнять складывающимся. В этих случаях хвостовое оперение раскрывается после отделения крылатого ракетного блока от ракеты-носителя при движении по баллистической траектории до входа в плотные слои атмосферы.

По окончании полета крылатый ракетный блок проходит дефектацию, профилактические и ремонтные работы и готовится к следующему пуску. При этом необходимо отметить, что, во-первых, моноблок планера реально может выдержать более 100 пусков (так же как, например, рассчитан на 50 пусков орбитальный корабль "Буран"), а ракетный моноблок, в том числе его самая сложная и дорогостоящая часть ракетный двигатель, не более 10 пусков; во-вторых, если при ремонте и профилактике моноблока планера (замены части термозащитным, замена колес шасси, техосмотр), затраты времени не будут превышать 3-5 суток, то в ракетном моноблоке ремонт только ракетного двигателя (включая огневые технологические запуски) будут занимать не менее 2-х месяцев.

Поэтому технически и экономически выгодно иметь на один моноблок планера несколько ракетных моноблоков. Это обеспечивает более полное использование каждой составной части, а с другой стороны, уменьшение времени на профилактику и ремонт.

Экономически выгодно, а также экологично отсутствие зон отчуждения земель (их площадь составляет сотни квадратных километров) для падения отработанных первых ступеней ракеты.

В мировой практике спасались только бустеры Спейс Шаттла, спускаемые на парашютах в океан, где их отлавливали. После ремонта и доработки использовался только корпус бустера.

По созданию многоразового возвращаемого крылатого ракетного блока ведутся проектные и конструкторские работы с использованием ракетной части блока первой ступени ракеты-носителя "Энергия".

Продувками в аэродинамической трубе подтверждена правильность выбранных аэродинамических форм, проведена их оптимизация и подтверждена возможность входа в атмосферу на скоростях до М-26, а также высокое качество крыла большого удлинения на дозвуковой скорости.

Имеющаяся промышленная база ведущих ракетно-космических и авиационных заводов будет обеспечивать изготовление проектируемого многоразового возвращаемого ракетного блока.

Разрабатывается программа летных испытаний в автоматическом и пилотируемом режимах.

Существуют материалы, в том числе термозащитные материалы, испытанные на орбитальном корабле "Буран", необходимые для выполнения конструкции крылатого ракетного блока.

Отработанная на орбитальном корабле "Буран" система управления приведения и посадки будет применяться и на данном многоразовом возвращаемом крылатом ракетном блоке.

Остальные ракетные, космические и самолетные системы (управления движением, командно-измерительные, энергоснабжения, подачи топлива, наддува баков и т. д. ) широко применяются на ракетах, космических аппаратах и самолетах, имеют большую элементную базу в технике и поэтому не представляют технической сложности в применении.

Многоразовый возвращаемый ракетный блок, кроме вышеуказанного технического результата, обеспечивает получение еще одного. Этот дополнительный технический результат обусловлен тем, что обычно число возможных использований самого планера больше числа повторных использований ракетного блока на один-два порядка, а время подготовки ракетного блока к последующему пуску больше времени такой же подготовки планера.

Поэтому техническое решение многоразового возвращаемого крылатого ракетного блока по данному изобретению обеспечивает, с одной стороны, параллельное проведение профилактических и ремонтных работ, а с другой позволяет устанавливать на моноблок планер любой другой готовый к этому времени аналогичный ракетный моноблок. И таким образом число моноблоков планера будет по крайней мере на порядок меньше ракетных моноблоков.