|
|
|
Планер орбитального
корабля (ОК) "Буран"
Основой конструкции ОК является планер,
который образует аэродинамические обводы,
воспринимает нагрузки на всех участках полета,
служит корпусом корабля, оснащаемым в процессе
его сборки, и имеет в своем составе системы и
элементы, обеспечивающие спуск и посадку. Его
масса, включая собственные системы, составляет
около 40% стартовой массы ОК
| Конструкция планера
(без теплозащитного покрыти - ТЗП)
обеспечивает размещение и защиту экипажа,
полезного груза и различных систем и
оборудования от воздействия окружающей среды на
всех этапах полета. Конструкция планера включает
(см.рис.): |
| - |
герметичный модуль
кабины (МК) экипажа; |
| - |
носовую часть фюзеляжа
(НЧФ) с носовым коком, остеклением и входным
люком; |
| - |
среднюю часть фюзеляжа
(СЧФ) со створками отсека полезного груза (ОПГ),
вентиляционными створками, узлами связи с РН и
нишей передней опоры шасси; |
| - |
хвостовую часть фюзеляжа
(ХЧФ) с узлами крепления вертикального оперения,
узлами связи РН, узлами крепления ОДУ
и вентиляционными створками; |
| - |
балансировочный щиток (БЩ); |
| - |
консоли крыла с аэродинамическими
органами управления (элевонами с элевонными
щитками), передней кромкой, наплывом и нишами
основных опор шасси; |
| - |
вертикальное оперение с рулем
направления - воздушным тормозом; |
| - |
элементы крепления аппаратуры,
оборудования, трубопроводов, жгутов и т.п. |
Конструкция планера (см. рисунок справа):
1- носовой кок; 2- носовая часть
фюзеляжа (НЧФ) - агрегат Ф-1; 3- носовой
блок двигателей управления; 4-
герметичный модуль кабины; 5-
крыло с наплывом; 6- носовые секции крыла
из углерод-углеродного материала; 7-
элевоны; 8- элевонные щитки; 9-
средняя часть фюзеляжа (СЧФ) - агрегат Ф-2; 10-
киль; 11- руль направления - воздушный
тормоз; 12- хвостовая часть фюзеляжа (ХЧФ)
- агрегат Ф-3; 13- балансировочный щиток; 14-
створки отсека полезного груза с панелями
радиационного теплообменника; 15-
створка ниши основной опоры шасси; 16-
основная опора шасси; 17- створка ниши
передней опоры шасси; 18- передняя опора
шасси; 19- входной люк
Силовая схема конструкции
планера выбрана с учетом создания единого
силового каркаса, способного воспринимать
аэродинамические, вибрационные и инерционные
нагрузки, сосредоточенные силы и моменты от
полезного груза, бортового оборудования, узлов
связи с РН, двигательной установки и посадочных
устройств. Основными силовыми элементами
конструкции планера служат следующие: |
| - |
панели, усиленные продольным
набором, замыкающие и образующие внешний контур
планера; |
| - |
продольные силовые элементы (балки),
воспринимающие нагрузки при изгибе фюзеляжа; |
| - |
шпангоуты с несущими поясами и
фермами; |
| - |
лонжероны и нервюры крыла и
вертикального оперения. |
| Наличие в средней части
фюзеляжа и в корневой части крыла больших
вырезов для ОПГ и шасси нарушило целостность
силовой схемы и потребовало введения
дополнительных силовых элементов. |
Детальное технологическое
членение фюзеляжа
рассматривается
по-агрегатно: носовая часть фюзеляжа (НЧФ) Ф-1,
модуль кабины (МК), средняя и хвостовая части
фюзеляжа (СЧФ+ХЧФ) Ф-2, не используемая на штатных
летных изделиях воздушно-реактивная двигательная установка (ВРДУ):
 В процессе сборки ОК на планер
устанавливаются необходимые для космического
полета системы и агрегаты, составляющие около 20 %
стартовой массы ОК, а также универсальнное
оборудование для работы с полезной нагрузкой (ПН)
и сменные отсеки, составляющие до 11% стартовой
массы ОК. Слева показана сборка планера в
сборочном цехе. (Copyright© ОАО
"НПО Молния" 1998, инвентарный номер 2919/4)
При создании
орбитального корабля "Буран" была принята концепция
теплозащищенной относительно "холодной"
внутренней конструкции планера (-130° ...+160°С), при
этом носовое затупление (кок) фюзеляжа и передняя
кромка крыла, выполненные из жаростойкого
композиционного углерод-углеродного материала,
потребовали создания тепловых барьеров в стыках
с основной конструкцией.
Создание планера ОК потребовало и решения
проблемы интенсивных акустических нагрузок,
которая непосредственно связана с динамической
прочностью конструкции и многоразового ТЗП, надежностью функционирования
оборудования и с жизнеобеспечением экипажа.
Экстремальные нагрузки на конструкцию
наблюдаются при старте и при прохождении
трансзвукового диапазона скоростей на этапах
выведения и спуска с орбиты.
При старте и на начальном участке полета
акустические нагрузки определяются шумом
сверхзвуковых струй двигательных установок РН, а на участках полета с
трансзвуковыми скоростями, когда реализуются
максимальные скоростные напоры,- пульсациями
давления в пограничном слое, причем в зонах
образования нестанционарных скачков уплотнения
и отрывных течений наблюдаются их максимальные
уровни.
Элевон крыла состоит из двух секций
(внешней и внутренней), подвешенных на трех узлах
к хвостовой части крыла. Каждая секция имеет
автономный привод, размещенный в крыле,
обеспечивающий отклонение элевона на 35° вверх и
на 20° вниз. В зазоре между элевоном и хвостовой
частью крыла во избежание проникновения плазмы
установлен эластичный жгут.
| Для получения минимальной
массы конструкции планера и его элементов были
использованы программы ЦАГИ, реализующие метод
конечных элементов. Проведенные численные
исследования позволили решить принципиальные
вопросы определения напряженного и
деформированного состояния конструкции: |
| - |
деформации фюзеляжа и створок ОПГ
при различных условиях нагружения; |
| - |
напряженного состояния конструкции
при воздействии сосредоточенных нагрузок; |
| - |
деформации и температурных
нагрузок, вызываемых неравномерным нагревом или
различными коэффициентами линейного расширения
материалов, и т.п. |
| Кроме расчетов статического
нагружения были проведены расчеты: |
| - |
динамической прочности при
нестационарных нагрузках во время старта, полета
по траектории на этапах вывода на орбиту,
разделения ОК и РН, функционирования на орбите,
входа в плотные слои атмосферы и посадки; |
| - |
устойчивости элементов конструкции
к явлениям аэроупругости как в режиме больших
скоростных напоров при выведении на орбиту, так и
на участке спуска с нее; |
| - |
прочности при воздействии
акустических нагрузок на старте, на этапах
вывода на орбиту и спуска в атмосфере; |
| - |
дополнительного нагружения от
неравномерности температурного поля,
достигающей на отдельных элементах до 50 °С. |
В
расчетах учитывалась повторяемость нагрузок при
многократном применении ОК. |
|
