Янгель. Уроки и наследие

В силовой схеме конструкции баков ракеты Р-12 в определенной степени прослеживается влияние решений, принятых при создании ракеты Р-5 конструкции С.П. Королева, это — гладкие оболочки, подкрепленные поперечным силовым набором — шпангоутами, получаемыми штамповкой из листового материала и привариваемыми с помощью сварных точек. В баке окислителя впервые (из соображений центровки) было установлено промежуточное днище. В связи со значительным увеличением веса ракет, а следовательно, и осевых сил, действующих на баки ракет Р-14 и Р-16 в полете, по сравнению с ракетой Р-12, как показал анализ проектных проработок, схема гладких оболочек приводила к существенному увеличению веса конструкции. Новые конструкции — всегда носители передовой технологии. Решить проблему облегчения несущих оболочек баков удалось, применив продольные несущие силовые элементы — стрингеры.

Первоначально, в процессе эскизного проектирования, был заложен вариант, в котором стрингеры и соответственно шпангоуты крепились с внутренней стороны к оболочке бака с помощью сварных точек. На ракете Р-16 на определенном этапе рассматривался даже вариант с наружным расположением стрингеров, захватывающих оба бака и приборный отсек между ними. Схема с наружным расположением стрингеров имела определенные преимущества с точки зрения простоты технологии изготовления и силовой завязки стрингеров и шпангоутов. В этом случае удавалось избежать применения не только трудоемких в изготовлении и имевших значительную массу фитингов для крепления стрингеров к шпангоутам, но и искажавших продольную ось стрингеров "подсечек" при заделке их на шпангоуты. Однако ни в одном проекте, не только в конструкциях янгелевских ракет, но других КБ, в дальнейшем схема наружных стрингеров не получила развития, и для всех силовых завязок принималось внутреннее расположение стрингеров. И лишь десятилетия спустя схема наружного расположения стрингеров была успешно реализована французскими и японскими конструкторами.

Приварка стрингеров не только вызывала много трудностей с точки зрения технологии изготовления и последующего контроля качества сварных точек, но и приводила к конструктивному несовершенству, связанному с возникновением начальных неправильностей — отклонением от идеальной формы, а следовательно, и к снижению несущей способности при нагружении в полете.

В совершенствовании силовых схем ребристых баков решающее слово оказалось за технологией. Был разработан оригинальный способ получения панелей большого радиуса из труб малого диаметра. Для этого изготовленная прессованием труба с продольным силовым набором разрезалась по образующей и распрямлялась до необходимой кривизны. В результате получалась панель. В зависимости от диаметра топливный бак собирался из нескольких таких панелей, которые соединялись продольными сварными швами.

Это решение имело продолжение, связанное с дальнейшим усовершенствованием силовых схем баков. Поскольку удалось избежать приварки стрингеров, то оказалось явно неразумным приваривать к оболочке и шпангоуты, которые стесняли деформирование обечайки бака при действии внутреннего давления. В результате родилась концепция подвесных шпангоутов. Последние стали опираться на стенки стрингеров и связывались с ними с помощью уголков. Этим решением достигалось большое конструктивное преимущество, позволявшее практически дифференцировать работу шпангоутов. При действии внутреннего давления они не мешали деформированию оболочки в радиальном направлении и, следовательно, не инициировали деформации изгиба в местах их установки. В то же время шпангоуты включались в работу как опоры для стрингеров при нагружении последних осевыми сжимающими силами, уменьшая их расчетную длину. В конструкции подвесных шпангоутов получила развитие идея приспосабливающихся конструкций, то есть конструкций, реагирующих на внешние воздействия для наилучшего восприятия силовых нагрузок.

Подходы, используемые при проектировании, и порождаемые ими конструктивные решения имеют свою судьбу, свою историю, характеризуемую периодами наибольшей популярности и даже забвения. Эффективность применения разработанных методов определения параметров конструкций зависит от многих обстоятельств и, в первую очередь, от используемых при этом допущений и ограничений. Со временем они могут входить в противоречие с тенденциями развития конструкций, и формальное применение существующих методов расчета и анализа, которые с успехом использовались ранее, становятся тормозом в поисках нужных проектов и более того, иногда даже заводят в тупик.