книги из ГПНТБ / Москаленко Г.М. Инженерные методы проектирования в ракетодинамике

Г. М. М О С К А Л Е Н К О

ИНЖЕНЕРНЫЕ

МЕТОДЫ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ В РАКЕТОДИНАМИКЕ

М о с к в а

«Машиностроение»

1974

У Д К 629.76.001.2

Москаленко Г. М. Инженерные методы проектирования в ракетодинамике. М ., «Машиностроение», 1974, 392 с.

Книга посвящена общим вопросам выбора оптимальных пара­ метров ракетных летательных аппаратов на начальном этапе про­ ектирования. Рассмотрены экстремальные расчетные случаи для

массы. Сформулирована общая теорема о делении точки пере­ менной массы. Приведены аналитические решения, с помощью которых найдены новые инженерные методы проектирования ле­ тательных аппаратов. Изучены неустановившиеся и квазиустановившиеся движения применительно к ракетным и ракетно-авиа­ ционным системам однократного и многократного применения.

Книга содержит рабочие формулы, графики, таблицы и типовые расчеты.

Книга рассчитана на инженеров-проектировщиков и специа­ листов, работающих в области ракетно-космической и авиацион­ ной техники. Она может быть также полезна студентам-диплом- никам соответствующих учебных заведений.

Табл. 25, ил. 215, список лит. 95 назв.

Рецензент д-р техн. наук И. К. Бажинов.

© Издательство «Машиностроение», 1974 г.

П РЕ Д И СЛ О В И Е

Разработка новых ракетных летательных аппаратов (РЛА) является сложным процессом, который определяется большим числом различных факторов. Обычно этот процесс ведется в не­ сколько этапов.

На первом этапе на основе анализа исходных данных, накоп­ ленных сведений о характеристиках уже разработанных конст­ рукций ракет, а также различных статистических данных, наме­ чают область возможных или предполагаемых характеристик проектируемого РЛА. Затем в этой области с помощью обычно упрощенных методик проводят многопараметрические исследо­ вания с целью:

а) определения конструктивно-силовой и компоновочной схе­ мы РЛА, а также рационального выбора основных параметров (таких как тип .конструкции РЛА и его двигательной установки, количество ступеней, тип используемого топлива и т. д.);

б) определения в первом приближении оптимальных значений

Этот этап иногда называют этапом рования, поскольку он связан с необходимостью совместного ис­

следования весовых и баллистических зависимостей. Точность получения характеристик проектируемого РЛА на этом этапе зависит от точности используемых весовых зависимостей и полноты учета действующих сил в уравнениях движения. Следует отметить, что если уравнения движения ракеты в на­ стоящее время уже достаточно хорошо исследованы и можно достоверно оценивать погрешности благодаря тем или иным упрощениям этих уравнений, то этого нельзя сказать относитель­ но основных весовых зависимостей различных типов РЛА. Работ, в которых исследуются вопросы установления весовых зависи­ мостей для совместного анализа с уравнениями движения (раке­ тодинамики), известно очень мало и они далеко не полностью отвечают на поставленные практикой вопросы.

На этапах разработки РЛ А, следующих за баллистическим проектированием, производят конкретную лроектно-компоновоч-

ную разработку, прочностные расчеты, уточнение весовых харак­ теристик, аэродинамические расчеты, разработку систем управ­ ления РЛ А, уточненные баллистические расчеты. В процессе этих работ могут производиться корректировки основных харак­ теристик РЛА для более точного соответствия весовых характе­ ристик исходным требованиям. Большинство известных в настоя­ щее время работ содержат исследования по последним этапам разработки РЛА.

Настоящая книга посвящена исследованиям на первых эта­ пах разработки РЛА: установлению основных весовых зависимо­ стей, анализу влияния весовых факторов на различные режимы полета РЛА и разработке аналитической методики баллистиче­ ского проектирования РЛА, т. е. определению оптимальных зна­ чений основных параметров РЛА.

Учет весовых факторов в задачах прикладной ракетодинами­ ки существенно влияет на выбор оптимальных параметров РЛ А. По этой причине в работе уделено особое внимание разработке аналитического метода весового расчета. Определены расчетные случаи и экстремальные нагрузки на элементы конструкции РЛА. Получены рабочие весовые формулы для различных отсе­ ков, агрегатов, силовых элементов и систем. Исследована функ­ циональная связь между основными проектными параметрами. Записана основная весовая зависимость и показано существова­ ние весового барьера, устанавливающего рациональные границы по проектным характеристикам РЛА.

Рассмотрены некоторые положения механики полета, каса­ ющиеся неустановившихся (вертикальных) и квазиустановившихся (горизонтальных) режимов движения применительно к задачам К. Э. Циолковского и А. А. Космодемьянского и най­ дены новые решения.

Изучены режимы движения одноступенчатых РЛА в пустоте с учетом уравнений весового баланса и с учетом влияния атмо­ сферы при двух законах изменения массы и разработан метод определения оптимальных значений основных параметров (осе­ вых перегрузок, относительных весов полезных грузов, весовых отдач по активным и пассивным массам, геометрических харак­ теристик топливных емкостей и их отсеков).

Рассмотрено движение точки переменной массы применитель­ но к движению многоступенчатой ракеты, для которой скорость отброса массы может принимать различные значения, в том числе

W)°

( Г ,, W п, . . . , W n

(где I, I I ,... , п — индексы первого, второго и т. д. делений точки).

4

Сформулирована новая теорема, устанавливающая экстре­ мальный закон деления точки (ракеты) в процессе ее движения при учете массовых характеристик, гравитационных сил, траекторных данных, аэродинамического влияния среды и высотной характеристики двигателя. Условия деления (распределения масс) с учетом оптимальных перегрузок иллюстрированы инже­ нерными методами расчета для линейного и показательного за­ конов изменения массы. Показано, что известные в настоящее время рекомендации по делению точки переменной массы явля­ ются частными случаями полученной теоремы.

В настоящее время все больше уделяют внимания перспек­ тивным РЛА многократного применения. В связи с этим в книге рассмотрены маршевый и суборбитальный полет ракетоплана, режимы входа возвращаемых ступеней РЛА в плотные слои атмосферы (рикошетирующий, квазистационарное планирование с положительной и отрицательной подъемными силами, пологая баллистическая траектория) и переходные режимы (крутое вы­ равнивание, нисходящий маневр, горка, вираж в горизонтальной плоскости). Изучены также оптимальные условия маршевого полета с учетом расхода топлива на участке выведения, влияние маршевой скорости на дальность полета с учетом планирования, а также активно-инерционный полет ракетоплана. Материал этот взаимосвязан и дает возможность выполнять инженерные расчеты по определению характеристик возвращаемых ступеней РЛА многократного применения [12].

В книге рассмотрены локальные (в данной точке) и инте­ гральные (в общем виде) свойства траекторий полета.

При написании книги автор стремился к наиболее простым формам изложения и получению несложных зависимостей, пригодных для выполнения проектных расчетов первого при­ ближения. Графики, таблицы и примеры расчетов облегчают понимание материала и способствуют приобретению началь­ ных навыков к самостоятельному творчеству в этой области знаний.

При изложении материала автор стремился к безразмерным формам записи получаемых зависимостей. В связи с этим воз­ никли некоторые трудности, относящиеся к вопросам терминоло­ гии. Так, например, отношения скоростей (текущей к начальной) названы безразмерными скоростями. Такая терминология явля­ ется привычной для проектанта, в то время как с точки зрения чистой механики такое определение не корректно. Имеет место, например, несовместимость терминологии для двухрежимного полета ракетоплана, осуществляющего взлет в режиме баллисти­ ческой ракеты с последующим выходом на режим квазигоризонтального маршевого полета с постоянной скоростью. В первом случае параметр n(t) (равный отношению тяги к весу ЛА) опре­ деляется как перегрузка, во втором случае — как тяговооружен­

5