РН с многоразовым крылатым ракетным блоком первой

Часть 1

 

СОДЕРЖАНИЕ

 Введение     

1. Комплексная математическая модель всеазимутальной РН …………………

1.1 Динамическая модель……………………………………………………….

1.2 Методика расчета массовой сводки одноразовой ступени …………….

1.3 Методика расчета массовой сводки системы спасения КРБ …………..

1.4 Модель двигательной установки…………………………………………..

1.5 Модель комплекса автономного управления………………...……………

1.5.1 Программы управления движением центра масс РН и ДУ на атмосферном и безатмосферном участках полета…………………………………………………….……

1.5.2 Программы управления движением центра масс крылатого ракетного блока на участках маневра возврата и крейсерского полета ………………………………..………… ………

 

Это первая часть материалов для обучения по курсу, который я должен был прочитать в этом семестре. Вторую часть вышлю позже. Перечень контрольных вопросов, которые будут на экзамене, высылаю вместе с курсом. С силу форс-мажора вопросы, которые я не успел вам прочитать, будете изучать самостоятельно. На экзамене формулы спрашивать не буду, исключением самых простых, - чтобы совсем уж нюх не теряли, а более сложные всегда можно найти, если знать где и что искать. Поэтому мне важно, чтобы вы поняли физические основы и технологии баллистического проектирования РН со спасаемыми ступенями: что, для чего, как, и в какой последовательности делается. Дерзайте.

    

ВВЕДЕНИЕ

 

В настоящее время в ряде стран разрабатываются многоразовые транспортные космические системы (МТКС). Примером МТКС являются американская система Space Shuttle и отечественная система «Энергия-Буран», а также проект отечественной РН «Ангара» с полностью многоразовым крылатым ракетным блоком (КРБ) первой ступени «Байкал», оснащенным системой спасения самолетного типа (рис.В.1).

Особый интерес представляет начальный этап разработки МТКС, часто называемый баллистическим проектированием. На этом этапе проводится оптимизация проектных параметров конструкции синтезируемого ЛА и его полетных режимов.

 

 

Результаты баллистического проектирования, содержащие информацию об обобщенных параметрах, характеризующих облик рационального варианта МТКС, режимы функционирования и уровень достижимых летно-технических характеристик используются в дальнейшем с целью формирования научно-обоснованных требований на ее создание и для обоснования применяемых технических средств, способов и проектных решений.

Настоящее пособие посвящено вопросам разработки комплексной математической модели (КММ) МТКС, являющимся основой и инструментом методологии баллистического проектирования МТКС. Математические модели будем рассматривать на примере анализа и синтеза облика одного из перспективных вариантов МТКС - всеазимутальной РН лёгкого класса с КРБ «типа «Байкал». Заметим, что речь о всеазимутальности, т.е. о возможности осуществления запуска в произвольном направлении, может идти лишь в случае, когда ракетные блоки первых ступеней оснащены системой спасения, обеспечивающей их возвращение в район старта, а остальные отделяющиеся части, например, головной обтекатель, должны выводиться на орбиту или на баллистическую траекторию с последующим падением в акваторию мирового океана.

Штатная схема полета двухступенчатой РН с КРБ включает участки полета первой и второй ступеней РН, автономного полета КРБ первой ступени, состоящего из участка маневра возврата и участка крейсерского полета, а также пассивного полета головного обтекателя (рис.В.2). Очевидно, что ключевым элементом будет являться КРБ первой ступени. Многообразие полетных режимов КРБ, сочетающего в себе динамику ракетного способа выведения, маневрирование на предельных режимах в процессе входа в плотные слои атмосферы и крейсерский полет на «самолетных» скоростях при его возвращении в район старта, требует проведения широкого круга теоретических и экспериментальных исследований, лежащих на стыке ракетно-космической и авиационной техники. Конечной целью этой работы является синтез облика оптимального варианта КРБ и средств выведения, разрабатываемых на его основе.

 

Рис. В.2 Схема полета двухступенчатой РН с КРБ первой ступени

 

Схема синтеза облика всеазимутальной РН с КРБ представляет собой многоуровневую итерационную последовательность решения формализованных задач, включающих:

-обоснование исходного варианта системы;

-анализ и согласование проектных параметров, ограничений и управлений базового варианта;

-синтез рационального варианта всеазимутальной РН путем совместной оптимизации основных проектно-баллистических параметров, режимов полета и ряда других факторов, в частности, аэродинамической схемы КРБ.

Технология синтеза рационального варианта основана на структурной декомпозиции системы, решении частных задач оптимизации в процессе моделирования отдельных участков полета, обеспечивающих локализацию областей существования оптимальных решений на уровне подсистем низшего иерархического уровня и их последующего согласования в процессе интеграции отдельных структурных компонент путем решения оптимизационных задач с использованием полученной априорной информации и критериев оптимальности более высокого иерархического уровня.

Процесс баллистического проектирования всеазимутальной РН требует проведения исследований на стыке ряда дисциплин: динамики полета, аэродинамики, теории двигателей, весового проектирования и создания специального математического аппарата, представляющего собой КММ всеазимутальной РН. Ее составными частями являются частные математические модели, отражающие отдельные аспекты структуры и процесса функционирования исследуемого объекта, о чём будет сказано ниже.