Сумський державний університет

П. І. Гайда, П. Є. Трофименко, М. М. Ляпа

 

ОСНОВИ ТЕОРІЇ ПОЛЬОТУ І

КОНСТРУКЦІЇ РАКЕТ

 

 

Навчальний посібник

 

Рекомендовано Міністерством освіти і науки,

молоді та спорту України

 

 

Суми

Сумський державний університет

2011

УДК 555.355.422(075.8)

ББК  68.4я72

           О 577

 

Авторський колектив:

П.І. Гайда, кандидат військових наук, доцент кафедри військової підготовки;

П. Є. Трофименко, кандидат військових наук, професор кафедри військової підготовки;

М. М. Ляпа, кандидат технічних. наук, начальник кафедри військової підготовки

 

Рецензенти:

О. М. Загорка - доктор військових наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України Київського національного університету оборони України;

В. К. Майборода - доктор педагогічних наук, професор, заслужений працівник народної освіти України Київського інституту вищої освіти національної академії педагогічних наук України;

О. Л. Глушкевич - кандидат військових наук, доцент Київського центру воєнно-стратегічних досліджень

 

Рекомендовано Міністерством освіти і науки, молоді та спорту України як навчальний посібник для слухачів, курсантів та студентів вищих навчальних закладів

(лист № 1/11-6555 від 22.07.2011 р.)

 

О 25 Основи теорії польоту і конструкції ракет: навчальний посібник / П. І. Гайда, П. Є. Трофименко, М. М. Ляпа. - Суми: Сумський державний університет, 2011. - 248с.

ISBN 978-966-657-343-1

Навчальний посібник містить: основні відомості про рух ракет у просторі; системи координат, за допомогою яких описують рух літальних апаратів; сили та моменти, що діють на ракету в польоті; фактори, які впливають на розсіювання ракет; наведені рівняння руху літальних апаратів для АДТ і ПДТ.

Посібник призначений для студентів, які навчаються за програмою підготовки офіцерів запасу напряму підготовки «Бойове застосування з’єднань, частин і підрозділів, озброєних комплексами тактичних ракет».

УДК 555355.422(075.8)

ББК  68.4я72

©Гайда П. І., Трофименко П. Є., Ляпа М. М., 2011

ІSBN 978-966                   ©Сумський державний університет, 2011

Зміст

 С.

Вступ............................................   Скорочення, прийняті в тексті посібника............   Розділ 1 Загальні положення........................  1.1 Короткий історичний огляд розвитку ракетної зброї........................................ 1.2 Загальні поняття про реактивний рух......... 1.3 Рівняння руху ракет у загальному вигляді..... 1.4 Основні закони класичної механіки........... 1.5 Рівняння поступального та обертального руху тіл змінної маси.............................. 1.6 Фізична сутність та формула сили тяги........ Питання для повторення та самоконтролю........   Розділ 2 Основні відомості щодо руху літальних апаратів.......................................... 2.1 Швидкість та траєкторії польоту ракет.......  2.2 Траєкторії руху ракет у центральному полі тяжіння та космічні швидкості................. 2.2.1 Колова траєкторія....................... 2.2.2 Еліптична траєкторія..................... 2.2.3 Параболічна траєкторія................... 2.2.4 Гіперболічна траєкторія.................. 2.3 Формула Ціолковського щодо ідеальної швидкості руху ракети........................ 2.4 Загальні відомості щодо траєкторії польоту балістичної ракети........................... Питання для повторення та самоконтролю.......   Розділ 3 Системи координат, що описують рух ракет.. 3.1 Загальна характеристика систем координат, що використовується для опису просторового руху ракет. 3.2 Системи координат, що використовуються для опису руху центра мас ракети................. 3.3 Системи координат, що використовуються для опису руху навколо центра мас ЛА............... 3.4 Взаємна орієнтація основних систем координат 3.5 Перетворення координат..................... 3.5.1 Матриця напрямних косинусів для переходу від стартової до зв’язаної системи координат.......... 3.5.2 Матриця напрямних косинусів для переходу від зв’язаної до швидкісної системи координат... Питання для повторення та самоконтролю....... Розділ 4 Сили та моменти, що діють на ракету в польоті........................................... 4.1 Загальна характеристика сил, що діють на ракету в польоті.............................. 4.2. Сили тяжіння та коефіцієнти перевантаження. 4.3. Відхилення по дальності і напрямку, обумовлені дією сили Коріоліса...................... 4.4 Аеродинамічна сила, її склад та причини виникнення................................. 4.5 Підіймальна та бокова сили................. 4.6 Сила лобового опору...................... 4.7 Аеродинамічні моменти. Управляючі сили та моменти.................................... 4.7.1 Аеродинамічні моменти.................. 4.7.2 Способи створення управляючих сил та моментів.................................... Питання для повторення та самоконтролю.......     Розділ 5 Рівняння руху літальних апаратів........... 5.1 Рівняння руху літальних апаратів як математична модель польоту................... 5.2 Рівняння руху ракет на активній ділянці траєкторії................................... 5.3 Рівняння руху ракет на пасивній ділянці траєкторії................................... Питання для повторення та самоконтролю  .......   Розділ 6 Стійкість і стабілізація руху ракет........... 6.1 Фактори, які впливають на розсіювання ракет. 6.2 Загальні поняття щодо стійкості руху і стабілізації ракет............................. 6.3 Стабілізація ракет оперенням  ............... 6.4. Стабілізація обертанням................... Питання для повторення та самоконтролю....... Висновки.........................................   Список використаної літератури....................   Предметний покажчик.............................

6   10   11   11 18 21 26   32 39 42     43 43   50 52 55 57 58   58   64 69   70   70   72   77 82 87   87   92 93     94   94 95   104   112 121 127   134 138   146 161     162   162   164   171 178   179 179   180 187 196 212   213   215   217

 

 

Вступ

Ракетні війська як складова одного із основних родів Сухопутних військ ракетних військ і артилерії - є головним засобом вогневого ураження противника в бою та операції. Вони можуть знищувати засоби ядерного нападу противника, угруповання його військ, авіацію на аеродромах і об’єкти ППО; уражати резерви, пункти управління, руйнувати вузли комунікацій та інші важливі об’єкти. На приморських напрямах можуть залучатися для ураження сил флоту противника, його морських десантів. Володіючи значною дальністю ураження, могутністю, точністю пусків, здатністю до широкого маневру і можливістю швидкого зосередження ударів по різноманітних об’єктах, ракетні війська сьогодні і в майбутньому будуть залишатися одним із найважливіших засобів ураження противника та забезпечення успішного виконання поставлених завдань загальновійськовими з’єднаннями, частинами. Це вимагає від офіцерського складу ракетних військ всебічної підготовки як у теоретичному плані, так і в плані практичного виконання задач, що визначені в керівних документах .

Підготовка висококваліфікованих офіцерів-ракетників, які володіють фундаментальними теоретичними знаннями і практичними навичками з бойового застосування ракетного озброєння повною мірою залежить від умов організації навчального процесу у вищому навчальному закладі. У свою чергу, якість підготовки слухачів пов’язана, по-перше, - з рівнем професійної майстерності науково-педагогічних працівників (знання навчального матеріалу, військового досвіду, методики його доведення, зв’язок з науковими дослідженнями та інше), а по-друге, це стан матеріально-технічного забезпечення (зразки озброєння, засоби навчання, дидактичні засоби, наявність літератури і т. ін.). За таких умов командувач Сухопутних військ вимагає суттєвого підвищення рівня технічної і спеціальної підготовки молодших офіцерів ракетних військ як кадрових, так і запасу. Це дасть змогу уміло застосовувати ракетне озброєння в різних видах бойових дій, у складних умовах обстановки.

Метою написання даного навчального матеріалу стала необхідність розкриття програмного матеріалу з предметів «Конструкція ракет», «Наземне обладнання ракетних комплексів», викладеного українською мовою, для навчання студентів за програмою підготовки офіцерів запасу.

Навчальні предмети «Конструкція ракет», «Наземне обладнання ракетних комплексів» поряд з «Тактикою ракетних військ», «Топогеодезичною підготовкою» і «Експлуатацією ракетного озброєння» займають провідні місця у підготовці спеціалістів ракетних військ. Із 379 годин навчального часу з військово-технічних предметів 147 годин належать «Конструкції ракет». У результаті вивчення повного курсу програми навчального предмета «Конструкція ракет» студенти повинні:

знати:

- основні закони механіки;

- фізичну сутність руху матеріальної точки в просторі;

- види траєкторії та умови використання;

- системи координат, що використовуються для управління польотом ракет;

- сили та моменти, що діють на ракету під час польоту, та способи управління ними;

- фактори, що впливають на розсіювання траєкторії руху ракети та способи стабілізації;

уміти:

- розрахувати швидкість польоту ракети;

- користуватися математичним апаратом перетворення координат із однієї системи в іншу;

- визначати величину і напрями сил та моментів, що діють на ракету під час польоту;

- проводити розрахунок аеродинамічних сил балістичних ракет;

- користуватися системою диференціальних рівнянь для активної та пасивної ділянок траєкторії польоту балістичної ракети.

Саме зміст цих знань і умінь розкривається у посібнику.

Навчальний посібник складається із шести розділів, кожен із яких містить у собі відповідний матеріал, визначений навчальною програмою «Конструкції ракет».

У першому розділі показана історія розвитку ракетної техніки і вклад учених на різних етапах цього процесу. Наведені загальні поняття щодо реактивного руху, основних законів класичної механіки, а також рівнянь поступального і обертального руху літальних апаратів змінної маси.

У другому розділі розміщений навчальний матеріал, що висвітлює теоретичні питання швидкості і траєкторії польоту ракет, поняття ідеальної швидкості польоту та загальні відомості щодо траєкторії польоту балістичної ракети.

Третій розділ навчального посібника розглядає питання систем координат, що використовуються як при дослідженні характеру польоту ракети в період її проектування, так і в практиці підготовки польотного завдання під час бойового пуску ракети.

Четвертий розділ розкриває характер сил та моментів, що діють на ракету і впливають на траєкторію її польоту, висвітлені способи створення сил та моментів, що управляють польотом ракети.

У п’ятому розділі розкривається зміст математичного моделювання польоту ракети як на активній, так і пасивній ділянках траєкторії польоту та математична модель руху ракети на ділянці програмного розвороту.

У шостому розділі висвітлюється сутність стійкості та стабілізації польоту ракети, викладені основні теоретичні поняття та способи досягнення стабілізації руху ракети в просторі.

Разом з тим при написанні посібника використовувався матеріал відповідної тематики, розроблений у ВВНЗ системи освіти Міністерства оборони України, насамперед Харківського університету Повітряних сил і Військового інституту ракетних військ і артилерії Сумського державного університету. Необхідно зазначити, що навчальний посібник з питань теорії польоту ракет для студентської аудиторії, які отримують кваліфікацію офіцерів запасу, розроблюється вперше і має можливість подальшого удосконалення.

Автори висловлюють щиру вдячність: заслуженому діячу науки і техніки України, доктору військових наук, професору О. М. Загорку; заслуженому працівнику народної освіти України, доктору педагогічних наук, професору В. К. Майбороді; заслуженому працівнику освіти України, кандидату військових наук, професору В. О. Колеснікову, кандидату військових наук, доценту О. Л. Глушкевичу; кандидату технічних наук, старшому науковому співробітнику Грабчаку В. І.; кандидату технічних наук, доценту Лисенку В. М.; Новаку Д. А. за корисні поради і зауваження, які вони надали під час підготовки посібника та рецензування його рукопису.