В.Л. Клейман, Г.Б. Мочалов

ОПЫТ РАЗРАБОТКИ МОРСКИХ ЖИДКОСТНЫХ АМПУЛИЗИРОВАННЫХ БАЛЛИСТИЧЕСКИХ РАКЕТ

В статье рассматриваются основные результаты работ, связанные с реализацией заводской заправки жидкостных ракет топливом с ампулизацией баков и последующей эксплуатацией ракет на флотах в заправленном состоянии, а также комплекс взаимосвязанных конструктивных, технологических решений, которые обеспечили одновременный значительный рост тактико-технических характеристик, и эксплуатационных свойств морских баллистических ракет. Существенной направленностью этих работ следует считать обеспечение серийного производства высокоэффективных ракет с увеличенными гарантийными сроками хранения и повышенным уровнем надежности как при эксплуатации, так и в полете.

Основные решения, разработанные в обеспечение высоких тактико-технических характеристик 2-го поколения с учетом характерных для морских ракет жестких требований по нагрузкам на корпус, ограничений на габариты, массу и особенностей эксплуатации, следующие:

- исключение из конструкции корпуса ракеты разъемных соединений (цельносварной корпус);

- размещение двигательных установок в баках ракеты («утопление» в компонентах топлива);

- исключение межступенчатых отсеков, межбаковых отсеков за счет двойных разделительных днищ;

- совмещение функций нескольких элементов ракеты в одном (корпус приборного отсека - переднее днище ракеты; рама двигателя - заднее днище ракеты; переднее днище ракеты - ниша головной части);

- применение для цельносварного корпуса вафельных оболочек;

- внедрение герметичных, прочноплотных биметаллических соединений.

Названные конструктивно-компоновочные решения взаимосвязаны с совокупностью новых технологических и материаловедческих проблем, разработка которых была осуществлена Конструкторским бюро машиностроения с привлечением ряда научно-исследовательских институтов и заводов-изготовителей отрасли, а также других министерств и ведомств. Трудности решения задач в области технологии и материаловедения усугубились отсутствием в отечественной практике аналогов и прототипов, невозможностью технологической преемственности.

Стальной цельносварной корпус, в котором отсутствуют привычные для сухопутных ракет технологические разъемы (стыки) с хвостовым отсеком, между баками окислителя и горючего, с приборным отсеком, применен уже на ракете первого поколения с подводным стартом (Рис. l. Стальной цельносварной корпус ракеты: 1 - приборный отсек; 2 - межбаковый отсек; 3 — хвос-товой отсек).

Цельносварной корпус * это один из радикальных способов обеспечения герметичности корпуса. Изготовление алюминиевого цельносварного корпуса ракеты с необходимыми характеристиками стало возможным в результате создания технологии и организации производства листов и плит из нагартованного алюминиевого сплава для оболочек и раскатных нагартованных колец для шпангоутов. В результате всесторонних исследований подтверждено, что выбранный материал корпуса ракеты отвечает предъявляемым требованиям к механическим свойствам, технологичности, коррозионной стойкости, качеству (дефекты металлургического характера).

На рис. 2 для одноступенчатой, а на рис. 3 для двухступенчатой ракет показано, как решались вопросы разобщения компонентов топлива, «утопления» двигателей, совмещения функций, исключения межбаковых отсеков в цельносварных алюминиевых корпусах ракет. Исключение межступенчатого отсека в двухступенчатой ракете осуществлено размещением двигателя второй ступени («утоплением») в баке окислителя первой ступени. Разделение ступеней производится газом бака после срабатывания детонирующего удлиненного заряда (ДУЗ).

Рис. 2. Алюминиевый цельносварной корпус одноступенчатой ракеты: 1 - днище - приборный отсек; 2 - амортизатор; 3 - вафельное оребрение; 4 - двойное разделительное днище (ликвидация межбакового отсека); 5 - «утопленный» двигатель; 6 - днище - рама двигателя.

Силовые оболочки корпуса (цилиндрические, конические, сферические) облегчены, имеют вафельную конструкцию. Оболочки имеют малые допуски по внешнему и внутреннему обводам, что обеспечивает высокую точность корпуса ракеты в целом по внешним геометрическим параметрам. Изготовление вафельных оболочек вначале осуществлялось химическим фрезерованием, впоследствии - механическим фрезерованием на специальных фрезерных станках со следящим гидрокопировальным устройством или с программным управлением.

Рис 3 Алюминиевый цельносварной корпус двухступенчатой ракеты: 1 - днище - ниша ГЧ; 2 - двойное разделительное днище; 3 - днище — рама двигателя; 4 — ДУЗ разделения ступеней; 5 — «утопленный» двигатель второй ступени и ликвидация межступенчатого отсека; 6 - вафельное оребрение; 7 -- двойное разделительное днище; 8 — «утопленный» двигатель первой ступени; 9 — днище - рама двигателя.

Исходя из экономической целесообразности для достижения высокого массового совершенства и точности обработки, рациональным способом изготовления всех деталей корпуса вафельной конструкции стало механическое фрезерование. Создан ряд уникальных фрезерных станков с программным управлением, выполнены работы по повышению эксплуатационной надежности и точности станков, в том числе разработана и внедрена система автоматической поднастройки на толщину полотна.

Для изготовления корпуса ракеты отработана и внедрена автоматическая аргонодуговая сварка, сварка трехфазной и однофазной дугой с последующим стопроцентным рентгеноконтролем кольцевых и продольных швов. Качество сварки при наличии плотного монтажа в отсеках корпуса, а также снижение уровня остаточных сварочных напряжений обеспечено за счет отработки и внедрения сварки с внутренней стороны оболочек, введения компенсационных отбортовок, применения специальной оснастки, обеспечения собираемости за счет увеличения точности механической обработки и ряда других мероприятий.

Создание биметалла, казалось бы, из несовместимых материалов, стало необходимой задачей для обеспечения прочного и герметичного соединения разнородных металлов и длительного гарантийного срока хранения ракеты с «утопленными» двигателями. Выполнение ее производилось по нескольким направлениям. В результате отработана технология и организовано производство биметаллических листов толщиной до 11 мм. Оригинальные конструктивно-технологические решения по прочноплотным соединениям через биметаллические кольца, платы, трубчатые переходники диаметром до 200 мм, изготавливаемые вытяжкой из биметаллического листа, позволили успешно решить задачу безразъемного соединения двигателей с корпусом ракеты, прохода стальных трубопроводов через обечайки и днища из алюминиевого сплава, соединения стальных и алюминиевых трубопроводов.

Для обеспечения качества изготовления ракеты и, прежде всего, ее герметичности, применен комплекс неразрушающих методов контроля. Здесь упор сделан на широкое использование автоматизированных средств контроля, обеспечивающих высокую производительность и объективность контрольных операций; Контроль качества охватывает весь процесс изготовления ракеты, начиная с заготовительного производства, где 100%-ному входному контролю на наличие внутренних дефектов подвергаются кольцевые заготовки шпангоутов, листы и плиты оболочек, биметаллические переходники, а также отдельные заготовки основных деталей корпуса. Все сварные швы корпуса ракеты и трубопроводов контролируются рентгенографическим методом высокой чувствительности. Специальные методы применяются для контроля непроклеев, расслоений и толщины неметаллических и теплозащитных материалов, наносимых на элементы конструкции. Существенным фактором в обеспечении надежности ракеты в условиях эксплуатации и длительного хранении является контроль герметичности в процессе изготовления отдельных элементов и узлов, а также неокончательно и окончательно собранных ракет. Контроль герметичности осуществляют методом вакуумирования с использованием пробных газов (гелия или аргона). Испытаниям на герметичность предшествуют испытания корпусов на прочность с последующей вакуумной сушкой для удаления остатков влаги методом непосредственного вакуумирования с объективным контролем качества осушения конденсационным методом. Отработанный метод вакуумной сушки является надежным, нетрудоемким и с успехом применяется на предприятиях отрасли.

В целом названные решения позволили создать корпуса ракет, имеющие высокие тактико-эксплуатационные характеристики, обеспечивающие транспортировку ' всеми видами транспорта собранной и заправленной ракеты, взрывостойкость в шахте, а также всепогодный старт из шахты движущейся подводной лодки в условиях бортовой и килевой качки.

Реализация нового уровня эксплуатационных качеств жидкостных ракет, исключающего работы на флотах, связанные с заправкой компонентами топлива, стала возможна за счет внедрения впервые в отечественной практике заводской заправки. На заводах-изготовителях созданы специализированные производства по заправке ракеты компонентами топлива с последующей заваркой заправочно-дренажных клапанов на установках с дистанционным управлением.

Наличие на ракетах бортовых систем газового питания или наддува предопределило применение баллонов высокого давления и заправки их сжатым воздухом (азотом) на заводе-изготовителе. В этой связи разработана технология изготовления шаровых баллонов из стали с криогенным упрочнением. Баллоны обладают высокой коррозионной стойкостью в морской среде, взрывобезопасны (безосколочны) и имеют конструктивную прочность не менее 135 кгс/мм². Заводская заправка баллонов осуществляется очищенным газом с последующей ампулизацией заправочного клапана сваркой. Заводская заправка и ампулизация обеспечивает хранение и эксплуатацию ракет в течение длительных сроков. Для названных ракет в течение их многолетней эксплуатации выявлено три случая негерметичности (доли процента от числа эксплуатировавшихся ракет). Последнее свидетельствует о достаточной отработанности и эффективности рассмотренных конструктивно-технологических решений по жидкостным ампулизированным ракетам.

Рассмотренные конструктивные, технологические и материаловедческие решения совместно с заводской заправкой, ампулизацией, а также обеспечение длительной гарантийной сохранности в значительной степени определили облик морских баллистических ракет второго поколения и явились долговременным, устойчивым, но в то же время постоянно развивающимся фактором в разработке морских ракетных комплексов.

На ракетах третьего поколения перечисленные конструктивно-технологические решения развивались эволюционно (метод фрезерования вафельных оболочек более совершенными станками с программным управлением, степень нагартовки повышена, исходная толщина листовых заготовок увеличена, применена сварка в вакууме электронным лучом, улучшены методы контроля и т.п.), тем самым внося весомый вклад в последовательное улучшение характеристик ракет. Во всех созданных в последнее время жидкостных ампулизированных ракетах названные решения нашли применение.

Изложенные в данной статье положения далеко не в полной мере оражают весь комплекс научно-технических и прикладных исследований и разработок по созданию морских жидкостных ракетных комплексов. Созданные на их основе ракеты во многом не уступают, а по некоторым параметрам и превосходят зарубежные аналоги.

По материалам статьи, опубликованной в 1982 г.