运载火箭的箭体结构是运载火箭的基体,它把运载火箭各系统组合在一起形成一个完整的整体。
运载火箭的箭体结构应使箭体具有良好的气动外形,以有利于保证运载火箭的飞行性能;在保证箭体结构有足够的强度和刚度条件下,重量要轻;在满足使用要求和可靠的情况下,结构应简单;要有足够的空间用来安装运载火箭上所有仪器、设备,并满足它们正常工作所需的环境条件,如压力、温度和抗振等要求。此外,箭体结构还要便于在地面操作过程中检查、测试、维修和更换箭上的仪器、设备,满足在制造过程中有良好的工艺性和经济性等其它要求。
液体运载火箭的箭体主要由推进剂贮箱、仪器舱、推力结构、尾段和尾翼、有效载荷整流罩等组件组成。
推进剂贮箱占了箭体很大一部分空间,它用来存贮推进剂。采用双组元推进剂的火箭有两个贮箱,一个装氧化剂,一个装燃料。如用单组元推进剂,有一个贮箱就够了。目前大多数运载火箭的推进剂贮箱,不但用来存贮推进剂,而且同时作为箭体承力结构的一部分。推进剂贮箱要求密封,装上推进剂后绝不允许有泄漏。
箭体结构常用的材料为可焊的铝合金,早期美国的“宇宙神”火箭,曾用不锈钢作贮箱材料。用作推进剂贮箱的材料必须与存贮的推进剂相容。所谓相容,就是两者能和平共处:一方面材料能耐推进剂的腐蚀,另一方面材料对推进剂不起物理化学作用,不使推进剂的化学成份或品质发生变化。
贮箱一般为圆筒形,前后有两个箱底,中间为圆柱形的壳段,用焊接方法把两个箱底与壳段焊成一个圆筒形容器。有的运载火箭为缩短整个火箭的长度,把氧化剂箱与燃料箱连成一个整体,中间用一个共用的箱底(称共底)隔开。在两个独立的圆筒形贮箱之间有一个连接段,它叫做箱间段。利用箱间段的空间可安装一些仪器或设备,例如安全自毁系统的爆炸装置,常放在这里。
仪器舱是集中安装控制系统和其他系统的仪器、设备的舱段。运载火箭的仪器舱常安排在箭体靠前端部位,这里离发动机较远,振动小,对仪器设备有利。
推力结构是用来安装发动机并把推力传给箭体的承力组件,常见的推力结构有构架式结构与半硬壳式结构两种型式。构架式推力结构又叫发动机架。
尾段在箭体的最后部位,所以称尾段。它不仅是个发动机舱,而且在整个火箭竖立在发射台上时起支撑作用。有的运载火箭在尾段外面还装有尾翼,尾翼起稳定火箭飞行的作用。可以根据运载火箭在大气层内飞行时箭体气动稳定状态,在控制系统方案设计时决定要不要装尾翼。
有效载荷整流罩位于运载火箭前端。当运载火箭在大气层内飞行时,它用来保护有效载荷不受气动力和气动加热的影响;当运载火箭飞出大气层后,它已不起作用,此时,为减轻火箭重量,整流罩即被抛掉。整流罩应有足够的刚度,且重量要轻,因此常采用蜂窝结构。常用的有铝蜂窝结构、玻璃钢蜂窝结构和碳纤维蜂窝结构。用于运送载人飞船的运载火箭,在其整流罩的上端装有逃逸救生火箭。当运载火箭在飞行中出现不正常情况危及航天员生命时,逃逸火箭立即点火,带着整流罩和整流罩内的载人飞船一起迅速脱离运载火箭,飞向一个安全区。这种整流罩要承受很大的逃逸载荷,因此都采用由高强度铝合金、合金钢和钛合金制成的半硬壳式结构。