Полная версия

Главная arrow Техника arrow БЕСПИЛОТНЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ: НАГРУЗКИ И НАГРЕВ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Учет воздействия ветра при определении аэродинамических нагрузок

При полете ракеты в атмосфере на нес могут действовать дополнительные аэродинамические нагрузки, причиной которых является ветер, всегда существующий в атмосфере. В расчетах на прочность удобно ветровые движения разделить на следующие группы в зависимости от градиентов их скорости по ординатам и времени:

  • 1) струйные течения - движения масс воздуха большой протяженности и относительно небольшой толщины;
  • 2) местные порывы ветра, у которых скорость нарастает от нуля и до максимального значения менее чем за 2 с на протяжении 300-500 м;
  • 3) непрерывная атмосферная турбулентность, которую в расчетах на прочность принято представлять в виде суммы однократных порывов ветра, действующих на ракету один за другим.

Последнее условие позволяет учитывать лишь воздействие струйных течений и порывы ветра. Наибольшую величину скорость ветра принимает на высотах 10-15 км.

Для определения скорости ветра и> (м/с) на высоте h (км) можно воспользоваться следующими аппроксимационными зависимостями:

Конечно, скорость ветра зависит от многих факторов, таких как место на поверхности Земли, над которым она измеряется, время суток, года и т.п. На стадии проектных расчетов учесть их не представляется возможным.

На рис. 29 приводится профиль скорости ветра Сиссенвайна, который относится к 30° северной широты на территории США в районе мыса Кеннеди.

Рис. 29

Рассмотрим влияние ветра на полные аэродинамические силы и перегрузки центра масс всей ракеты. Ограничимся двумя экстремальными случаями, когда ветер направлен по вектору скорости центра масс ракеты (встречный ветер) и перпендикулярно ему (поперечный ветер).

1. Встречный ветер (рис. 30). В этом случае

где qz = pvy /2, a = vx + w - суммарная скорость набегающего потока. Представим выражение для скоростного напора в виде

где iv = wc + u>H; wc - скорость струйного ветра; wn - скорость порыва ветра. Тогда

Рис. 30

Увеличение и У) при учете встречного ветра обычно незначительно и не превышает (2-6)%.

2. Поперечный ветер (рис. 31). В этом случае изменяется суммарная скорость центра масс и угол атаки: v^- = д/v^, + w2 .Угол атаки изменится на величину Да = w/vx и суммарный угол атаки

о. у = а + Да. К моменту воздействия ветра на ракету ее подъемная

сила У, = с'1, aqSm.

Рис. 31

В соответствии с принятой классификацией ветровое движение можно разделить на струйное течение и порыв ветра. Установлено, что органы управления баллистической ракеты успевают компенсировать лишь струйную составляющую ветра, а порыв заставляет поворачиваться ее вокруг центра масс. Вычислим поперечные перегрузки центра масс и точек, нс совпадающих с ним в

этих условиях. Имеем Кц- = с“аус/^5ш, где q^ = pv|/2. Кроме

того, = (У|? + Yp)/mg, где Yp - суммарная управляющая сила. Для ее определения воспользуемся условием равенства аэродинамического и управляющего моментов: Мрс= 0, откуда Мр = Yp(lp - хУт) или Yp = Mcj{lp - xlm). Здесь Мс = m:cqcS,„l

- аэродинамический момент, вычисляемый с учетом лишь только струйной составляющей ветра.

Теперь определим перегрузки в точке, не совпадающей с центром масс, имея в виду, что она вращается вокруг него в возмущенном движении, являющимся следствием воздействия порыва ветра. Имеем ez = dco- l(dt) = ДМ„ /1z, где /- - массовый момент инерции вокруг оси, проходящей через центр масс, которая перпендикулярна плоскости стрельбы; АМп = М? —Мс, Му = m,-^q^Sml - аэродинамический момент, вычисляемый с учетом обеих составляющих ветра. Получаем

В некоторых случаях необходимо знать лишь аэродинамическую нагрузку, создаваемую порывом ветра. Подъемная сила, создаваемая порывом, равна:

где У = c“a?<7ZSra, Ylc =c“acqcSm.

Дополнительные перегрузки центра тяжести от порыва Д/:"| = ЛУ|„ /(mg), а перегрузки в произвольной точке ракеты, не совпадающей с центром масс,

Вычислим также погонную нагрузку, создаваемую порывом в поперечном направлении, представив ее в виде двух составляющих - массовой и поверхностной:

НО

Если скорость ветра значительно меньше скорости центра тяжести ракеты, т.е. w = (wc + wn) « v^, то q^=qc = q и выражение (4.26) принимает вид

а суммарная перерезывающая сила, создаваемая порывом ветра, равна:

изгибающий момент

Таким образом, последнее соотношение позволяет замкнуть схему вычисления воздействия ветра на ракету.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>