Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Параметрическое проектирование расчёт и исследование траекторий дви..pdf
Скачиваний:
54
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
15.12 Mб
Скачать

1. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

РАКЕТ

1.1. Предварительные замечания

Для определенности предполагается, что в общем случае составная ракета имеет близкую к классической форме схему [12, с. 442]. Рассматривается ракета с последовательным соединением ступеней (рис. 1.1). Необходимо заметить, что эта схема не является единственно возможной, однако практика проектирования показала, что схема соединения двигательных установок большинства составных ракетных устройств может быть приведена к этой схеме.

По рис. 1.1. ракета расчленяется на ступени и субракеты.

Ступень ракеты состоит из запасов топлива (например, твердотопливного заряда), расходуемых ракетой за время работы ДУ данной ступени до ее отделения; арматуры и приборов управления, если они имеются в отделяющейся ступени; корпуса с сопловым блоком; органами управления и теплозащитным покрытием.

Субракета - такое сочетание ПГ и ступеней составной ракеты, в котором одна из ступеней является рабочей (работает ее ДУ), а все остальные ступени, продолжающие полет вместе с ПГ ракеты, служат «полезным грузом» для рассматриваемой субракеты.

Необходимо заметить, что ступени и субракеты р-ступенчатой составной ракеты нумеруются в зависимости от решаемых задач:

в нисходящем порядке, начиная от вершины ракеты к ее основанию [8, с. 200] по рис. 1.1, что чрезвычайно удобно для организации процесса параметрического проектирования (разделы 3, 4 и 5); тогда для р-й субракеты (т.е. ракеты на старте) рабочей ступенью будет p-я ступень, а ее «полезной нагрузкой» - (р-1)-я субракета вместе с переходным отсеком междур-й и (р-1)-й ступенями и т.д.;

ввосходящем порядке, начиная от основания ракеты к ее вершине (рис. 2.7), что исторически сложилось для процесса расчета летных характеристик спроектированных ракет (подраздел 2,10); тогда для 1-й субракеты (т.е. ракеты на старте) рабочей ступенью будет 1—я ступень, а ее «полезной нагрузкой» —2—я субракета вместе с переходным отсеком между 1—й и 2—й ступенями и т.д.

Как показала многолетняя практика внешнебаллистических (внешнетраекторных)

расчетов, такое разграничение определений и обозначений отдельных частей ракеты

удобно, легко запоминается и позволяет избежать возможных ошибок и недоразумений.

Рис. 1.1. Схема составной р-ступенчатой ракеты, принятая для параметрического проектирования

1.2.Сокращения, условные обозначения, индексы

Сокращения

АРМ

- автоматизированное рабочее место

АУТ

- активный участок траектории

ГЗТ

- гарантийный запас топлива

ГЧ

- головная часть ракеты

ДУ

- двигательная установка

ИКО

- искусственный космический обьект

ИСЗ

- искусственный спутник Земли

КП

- космическое пространство

ОУ

- органы управления

ПГ

- полезный груз

ПО

- приборный отсек

ПУТ

- пассивный участок траектории

РДТТ

- ракетный двигатель-на твердом топливе

PH

- ракета-носитель

СА

- стандартная атмосфера

САПР

- система автоматизированного

 

проектирования

СК

- система координат

СКО

- среднее квадратическое отклонение

СУ

- система управления

МО

- математическое ожидание

ТЗП

- теплозащитное покрытие

ТТ- твердое топливо

т т т

- тактико-технические требования

УБР

- управляемая баллистическая ракета

ЦМ

- центр масс

ЦД

- центр давлений

Условные обозначения

а - степень параболы в законе задания угла ф„р(/)

А * - диаметр цилиндрической части ПГ go - ускорение силы тяжести на уровне

моря (9,80665 м/с2)

h- коэффициент влияния сопротивления атмосферы

h- коэффициент влияния изменения тяги с изменением высоты

‘/ед по

- удельная тяга ДУ на высоте h = 0

Тчсон

-

весовая доля конусной части ГЧ

^цил

-

весовая доля цилиндрической части ГЧ

Т'прогр

-

программное значение дальности

Air хон

-

длина конусной части ПГ

Air цнл

- длина цилиндрической части ПГ

Air

-

полная длина ПГ

Аш

- длина ПО

/гн

- полная длина ГЧ (ПГ+ПО)

/ха

- длина хвостового отсека ракеты

тт- масса ПГ

^КОН ГЧ - масса конусной части ГЧ ТЯцИЛГЧ - масса цилиндрической части ГЧ

-масса ГЧ

-масса ПО

т0 - расчетное значение стартовой массы ракеты

-отношение массы ракеты на старте к начальной тяге ДУ

р- количество ступеней ракеты

(от 1 до 10 включительно)

- атмосферное давление на уровне

р хо

мирового океана

Sap - суммарная площадь выходных сечений соплового блока стартовой ДУ

t - момент начала дозвукового разворота ракеты

/(Ю - момент окончания дозвукового разворота ракеты

гк

- полное суммарное время работы всех

г0

- момент старта ракеты

7’* экв

-

граничная заданная нагрузка

и Ср

-

средняя скорость истечения

 

 

продуктов сгорания

К0

- начальная скорость ракеты (на старте)

Кк

- потребная конечная скорость для

 

 

параметрического проектирования

 

 

ракеты на заданную дальность с

 

 

учетом поправок по результатам

 

 

поверочных расчетов АУТ с

 

 

привлечением модулей расчета

 

 

аэродинамических характеристик

 

 

ракеты

Уп,

- удельная масса ГЧ

Упо

- удельная масса ПО

т)

-

параметр = fltp, v0p) для определения /3

0- угол наклона вектора скорости к стартовому горизонту

0О - значение угла 0 в момент старта ракеты Г0 0К - начение угла 0 в момент конца АУТ

ракеты tK

Х.цнл max - максимальное удлинение цилиндрической части ДУ

Хцил min - минимальное удлинение цилиндрической части ДУ

Кт пред - предельное значение удлинения

ХцидштИЛИ Хцилтах - В ЗаВИСИМОСТИ ОТ того предельного значения ХцMj,

которое приняла ДУ при прежнем значении D j(на предыдущей итерации)

п-число п - 3,14159

а - параметр для определения коэффициента /2 из табл. 2.1

Фмлпр - коэффициент запаса прочности ДУ W,w - псевдоскорость

М - знак математического ожидания

для ДУ/*й ступени иу-й субракеты (/ - 1 ,2 , ... ,р ,р й 10):

Dj

- внешний диаметр

DiavrcJ

-диаметр хвостового отсека субракеты

daJ

- диаметр выходного сечения одного из

 

 

тс одинаковых сопел

d*J

- диаметр внутреннего канала заряда

d*?j

- диаметр критического сечения

 

 

односопловой конструкции

dtp\j

- диаметр критического сечения одного

 

 

из тс сопел

•Z^maxj

- предельно допустимый внешний

 

 

диаметр

(dp/dt)j

- температурный градиент давления

Длу)

- значение газодинамической функции

Fj

-

отношение Sgj/S^

 

- коэффициент запаса прочности днищ

/разбрду

-

коэффициент разброса давления газов

/ш пу

-

площадь шпангоутов переходного

 

 

отсека субракеты

К ру

- площадь продольных элементов

 

 

переходного отсека

ЯЭффу

- эффективная энтальпия ТЗП

Лд пу

-

единичный пустотный импульс

•Лдтаху

- максимальный теоретический импульс

Ам >otf

- относительный коэффициент

 

 

изгибающего момента

К к запj -

коэффициент конструкционного запаса

 

 

на рабочее конструирование]-й ДУ

Kcxj

- коэффициент усиления для вычисления

 

 

ЬУщ

Ясоплj

-

коэффициент массы критической части

 

 

сопла

Кттчу

- коэффициент заполнения топливом

 

 

торцевых частей заряда

ЯтЩЧу

- коэффициент заполнения топливом

 

 

щелевых частей заряда

Ат пду

- коэффициент заполнения топливом

 

 

переднего днища

Кг цнлу

- коэффициент заполнения топливом

 

 

цилиндрической части ДУ

Ат„у

- коэффициент заполнения топливом

 

 

заднего днища

^пп ту

- коэффициент ТЗП обечайки в районе

 

 

торцов

Кпа щу

- коэффициент ТЗП обечайки в районе

 

 

щелей

Кпп пДу - коэффициент ТЗП для переднего днища Кпп 5Ду - коэффициент ТЗП для заднего днища Ап отсу - относительная характеристика длины

переходного отсека Ах* отсу -относительная характеристика длины

хвостового отсека Асд„у - относительная длина выступающей за

днище части сопла

KSHJ - коэффициент вписываемости соплового блока в Мидель

Kygj - проектный коэффициент потерь скорости на преодоление силы притяжения Земли на АУТ

Кусху - проектный коэффициент потерь скорости

 

 

на преодоление аэродинамического

 

 

сопротивления на АУТ

Kysaj

- проектный коэффициент потерь скорости

 

 

на изменение тяги с высотой на АУТ

/дуу

- полная длина ДУ

Inoicj

 

- длина переходного отсека ступени

/дн перу

 

- длина переднего днища

/д, *аду

 

- длина заднего днища

/дНзад полну

- полная длина заднего днища

/соплу

 

~ длина соплового блока

/сопл вну -

длина внешней части соплового блока

 

 

 

(за задним днищем корпуса)

/субру

 

~ длина субракеты

/3у

- суммарная длина заряда

/тту

- суммарное относительное удлинение

 

 

 

заряда ТТ

/цнлу

- длина цилиндрической части заряда

 

 

(или ДУ)

/ аилу

 

-

относительная длина цилиндрической

 

 

части ДУ

/дну

- длина днища (переднего или заднего)

/ дну

 

- относительная длина днища (переднего

 

 

 

или заднего)

/0

- расчетное значение длины ракеты на старте

Lj

-

дальность полета «оставшейся» части

 

 

ракеты в момент ttJ

mcj

- количество симметричных сопл

т пду

-

масса переднего днища

/Яобечу

 

~ масса обечайки (цилиндрической

 

 

 

части ДУ)

/язду

-

масса эллиптической части заднего'днища

^растру -

масса раструба соплового блока

/Иксу

- масса критической части соплового блока

тсбЛу

-

масса соплового блока

/Иконстру -

масса конструкции ДУ

т* запу

-

масса конструкционного запаса

Мсухдуу -

масса ДУ ракеты без топлива («сухая»

 

 

 

масса ДУ)

т)

-

вспомогательный коэффициент для расчета

 

 

массы ТЗП

/и™ кту

~ масса ТЗП корпуса в районе торцов

tf*nnиду -

масса ТЗП корпуса в районе щелей

Щм иду - масса ТЗП переднего днища

^пп зду - масса ТЗП заднего днища

flirm щиу- масса ТЗП цилиндрической части

/Ятзп дуу -

полная масса ТЗП

т ту -

номинальный секундный расход ТТ

т тшахумаксимальный секундный расход ТТ w т rainy- минимальный секундный расход ТТ

тТ„ду

-

масса топлива в переднем днище

т т зду

- масса топлива в заднем днище

/Ятцнлу

-

масса топлива в цилиндрической части

/Игу

- масса топлива общая

/л'пду

-

масса переднего днища с ТЗП

/я'обечу

-

масса обечайки (цилиндрической части

 

 

ДУ) с ТЗП

ю'зду

-

масса эллиптической части заднего

 

 

днища с ТЗП

Юперд,j -

масса переднего днища с ТЗП и ТТ

MJMAH; - масса цилиндрической части с ТЗП и ТТ

гпцнпj

~ масса заднего днища с ТЗП и ТТ

/ЯдуУ

- масса ДУ с ТЗП и ТТ

/«стуП

- масса ступени с ТЗП и ТТ

mKj

-конечная массы субракеты

то/

- начальная масса субракеты

/я'субрj

-

масса субракеты для расчета

 

 

переходного отсека

та orej

-

масса переходного отсека ракеты

«конеj

- число консолей оперения субракеты

«у

 

показатель-

изэнтропы расширения

«07

-

количество секций

«]у

- количество бронированных торцов

 

 

заряда ТТ

 

«2у

- количество заполняемых топливом днищ

nXj

- псевдоперегрузка субракеты в конце

 

 

работы ДУ

«jtoу

-

начальная перегрузка субракеты

nXKj

- конечная перегрузка субракеты

«хшахо7 -

максимально допустимая начальная

 

 

перегрузка для субракеты

ino7 -

минимально допустимая начальная

paJ

 

перегрузка для субракеты

- давление газов на срезе сопла

рк;

- давление газов

Рк рвсч7” расчетное давление газов

Pj

-

отношение р а/Рк/

Рно7

-

нач. нагрузка на Мидель в момент f0y

Rj

-

полная тяга

 

RnJ

-

тяга в пустоте

(R0TQ)J -

«сила» ТТ

 

Saj

-

суммарная площадь выходных сечений

 

 

соплового блока

Sa17

- площадь выходного сечения одного из тс

 

 

одинаковых сопел

Sum/

-

площадь поперечного сечения

 

 

стыковочного шпангоута

 

-

площадь Миделя субракеты

SKPJ

- суммарная площадь критических

 

 

сечений соплового блока

5|ф17

- площадь критического сечения одного

 

 

из те одинаковых сопел

5экву

- площадь поперечного сечения материала

 

 

переходного отсека

^стержн7 - суммарная площадь поперечного сечения ферменного переходного отсека

5стринг7“ суммарная площадь поперечного сечения стрингерного переходного отсека

tKj

-

конечный момент времени работы ДУ

 

 

(отсчет от момента Г0)

toj

- начальный момент времени работы ДУ

 

 

(отсчет от момента t0)

taocrj

-

продолжительность движения ракеты с

 

 

постоянным углом 0

T3n j

-

эквивалентная нагрузка (константа для

 

 

расчета массы переходного отсека)

«у

-

скорость горения заряда ТТ

Упду

- обьем переднего днища

Иэд7

-

обьем заднего днища

VJJUIднуобьем эллиптического днища

Ухпд7

- обьем топлива в переднем днище

УТаду

- обьем топлива в заднем днище

Ум„ are7объем несущего материала переходного

 

 

отсека любой формы

yKj

-

скорость ракеты в момент г*,

Ут7

-

скорость Циолковского в момент ty

Xj

-

лобовое сопротивление субракеты

Yj

- подъемная сила субракеты

Xj

- координата ЦМ ЛА

Уу

- координата ЦМ ЛА

аА j

 

- коэффициент расхода топлива

оСдуу

- коэффициент весового совершенства ДУ

otnepy

 

- угол между стержнями ферменного

 

 

переходного отсека

Рпер7

- угол конусности переходного отсека

Рсопл7

 

- средний угол полураствора раструба

 

 

сопла

уту

- удельная масса ТТ

Уда7

- удельная масса материала днищ

укс7

- удельная масса материала критической

 

 

части сопла

Ум су

 

- удельная масса материала сопла

Уоб7

- удельная масса материала обечайки

Упер7

- удельная масса материала переходного

 

 

отсека

утзп п7

- удельная масса ТЗП переходного отсека

Уппс7

- удельная масса ТЗП сопла

Atj

- температурный диапазон эксплуатации

&Уgj

- потери скорости на преодоление силы

 

 

притяжения Земли на АУТ

ЬУexj

- потери скорости на преодоление аэроди­

 

 

намического сопротивления на АУТ

ЬУsaj

-

потери скорости на изменение тяги с

 

 

высотой на АУТ

ЬУсхр

- суммарные табличные потери конечной

 

 

скорости ракеты на преодоление силы

 

 

сопротивления атмосферы

5бал

- угол балансировки

бян7

- толщина материала днища

5™, п7

 

- толщина ТЗП переходного отсека

бсу

- средняя толщина стенки сопла

&тзп с7

 

- средняя толщина ТЗП сопла

(б3Уз)тч7единичная масса ТЗП на корпусе ДУ в

 

 

районе торцов

(^зУз)щч7~ единичная масса ТЗП на корпусе ДУ в

 

 

районе щелей

(^зУз)пд7 - единичная масса ТЗП на переднем днище

(53Уз)зДу - единичная масса ТЗП на заднем днище

0*7

 

- расчетный угол 0 в момент

опт7

 

- оптимальный угол 0 в момент ^

0ср /

 

- среднетраекторный угол 0

X0,7

 

- значение газодинамической функции

т]/

-

вспомогательный коэффициент

®цвл7

- коэффициент заполнения топливом

 

 

цилиндрической части ДУ

Цк7

 

- относительная конечная масса ракеты

 

 

в момент tjj

У/

-

показатель степени в законе горения ТТ

§

-

уширение сопла для односопловой схемы

f t

£ преду

°дну <*обj

СТ» поJ

ъ

-квадрат уширения сопла для односопловой схемы

-предельное значение квадрата уширения сопла

-предел прочности материала днищ

-предел прочности материала обечайки переходного отсека

-предел прочности материала

-продолжительность работы ДУ

^таху

- максимальная продолжительность

 

работы ДУ

Tmlny

- минимальная продолжительность

 

работы ДУ

Ф1У

- осредненный коэффициент потерь

 

скорости газов в сопле

Ф2У

- коэффициент расхода «расчетного»

 

сопла

фзпрдн]

- коэффициент запаса прочности днищ

Необходимо заметить, что приведенные сокращения, индексы и обозначения являются универсальными; кроме них, в процессе изложения материалов привлекаются местные сокращения, индексы и обозначения, действующие только в описываемых разделах учебного пособия. Такие случаи оговариваются при описании соответствующих разделов.