«Энергия» - «Буран»

     Аналогично сформулированы правила для результирующих предельных или разрушающих напряжений, которые не превышают допустимый предел прочности при тех же условиях.

     Отработавшая ступень или любой блок, отделившийся от остальных ступеней, не имеет повреждений и не воздействует на работу оставшейся конструкции носителя на траектории полета. Средства удержания рассчитаны на полное полетное время исходя из возможности проведения огневых технологических испытаний блоков. При этом учтены эффекты "отдачи" после выключения двигателей при полной заправке баков.

     Анализ структуры ракетных систем показал, что силовая схема с параллельным расположением ступеней имеет некоторые преимущества по сравнению с последовательной схемой распределения ступеней. При параллельной работе ступеней компоненты топлива расходуются из топливных баков центрального блока уже на участке работы первой ступени, и к моменту окончания работы блоков первой ступени запас топлива составляет около 70 % от первоначальной заправки. Тем самым снижаются расчетные нагрузки, которые определяют толщину стенок баков.

     Для бака окислителя давление газа в подушке и гидростатическое давление являются основными расчетными критериями и обеспечивают уменьшение сжимающих сил от внешних нагрузок. Толщина стенок передней части бака окислителя определяется высокой температурой конструкции в результате теплообмена с газом наддува, тогда как средняя часть бака рассчитывалась на нагрузки, действующие в момент отрыва ракеты от старта. Это связано с меньшей величиной гидростатического давления при максимальной нагрузке.

     Оболочка межбакового отсека рассчитывается на осевую нагрузку при максимальном ускорении, а также на внешний изгибающий момент. Однако воздействие от изгибающих моментов мало по сравнению с осевыми усилиями. Оболочка межбакового отсека воспринимает и перераспределяет нагрузки, приходящие от точечных опор блоков первых ступеней, чтобы получить равномерную передачу усилий на стык с баком жидкого кислорода.

     Бак жидкого водорода так же, как и бак окислителя, рассчитывается с учетом, что определяющим воздействием для верхней части бака от верхнего днища и большей части цилиндрической стенки бака является комбинированное воздействие давления в баке и температуры газа наддува. Средняя часть бака рассчитывается на повышенное давление в момент старта, а нижняя - на максимальные перегрузки.

     Элементы жесткости в баке жидкого водорода рассчитывались на нагрузки, учитывающие расчетные величины изгибающих моментов и осевых сил в момент максимального продольного ускорения. Разрушающие нагрузки уменьшались за счет действия максимального рабочего давления в баке. Передняя часть рассчитывалась на осевую нагрузку и изгибающий момент при максимальной перегрузке с учетом разгрузки от внутреннего давления. Нижняя часть за узлом подвески орбитального корабля не испытывает внешних нагрузок и рассчитывалась на внутреннее давление.

     Сила тяги первой ступени в параллельной компоновке приложена к верхней части межбакового отсека блока, так что на водородный бак действуют осевые нагрузки только от тяги своих двигателей.

     Хвостовой отсек рассчитывался на прочность при максимальной перегрузке.

     Применение нового высокопробного сплава 1201, разработанного И.Н.Фридляндером, потребовало ряда исследований в обеспечение прочности баков. Результаты испытаний показали высокую чувствительность материала и особенно сварных соединений к концентраторам напряжений, вызываемых краевыми зонами и технологическими дефектами типа несоосности сварных кромок и утяжек. Эта особенность материала потребовала повышенного качества расчетов и учета допустимых неточностей и моментности напряженного состояния, вызванного переменностью толщины конструкции. Расчеты проводились методом конечных элементов с помощью автоматизированного комплекса "Система-4". Зачетные прочностные испытания подтвердили правильность принятых методов расчета.

     Были решены задачи по устойчивости бака кислорода от ветрового воздействия и устойчивости нижнего днища бака водорода от усилий от расходного трубопровода кислорода при заправке, по результатам которых приняты технические решения, обеспечивающие эксплуатацию с ограничением по скорости ветра при заправке бака кислорода и ограничением величины наддува каркасных отсеков баков.

     Было учтено упрочнение алюминиевого сплава 1201 и его сварных соединений, проведено исследование трещиностойкости материала 1201 и его сварных соединений при криогенных температурах. Полученные данные позволили достаточно надежно назначить криогенные опрессовки в среде жидкого азота для конструкций, работающих в жидком водороде. Также в результате этих исследований получены и экспериментально подтверждены критерии трещиностойкости для высоких уровней напряжений, достигающих предела текучести материала. Исследована конструктивная прочность сварных соединений при криогенной температуре на титановых шаробаллонах.