Полная версия

Главная arrow Техника arrow БЕСПИЛОТНЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ: НАГРУЗКИ И НАГРЕВ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Определение расчетных случаев по осевой силе для БР

Приборный отсек в верхней части ракеты. В верхней части ракеты находятся отсеки, не содержащие расходуемых масс во время работы двигательной установки. Это головной и следующий за ним приборный отсеки, а также вообще верхние ступени на активных участках траектории нижних ступеней. Для определения расчетного случая на активном участке траектории воспользуемся методом максимальной нагрузки, для расчета которой необходимо представить формулу (7.1), относящуюся к сечению I-I на рис. 57, в виде зависимости от времени.

Рассматривая случай негерметичного отсека, когда р0 = рх, перепишем (7.1):

или, так как т = w0 (1 — р/), Р = т/ т0,

где принято, что разность (Т — Х) изменяется мало, поэтому от- (Т-Х{)

ношение -— можно заменить постоянным значением н0,

mg

которое здесь принято равным начальному значению перегрузки.

Анализируя (7.6), убеждаемся, что второе слагаемое, определяющее массовую нагрузку, растет по времени и достигает максимального значения в конце активного участка траектории ступени. Первое слагаемое сначала растет, а затем довольно быстро уменьшается, проходя через экстремум. Для БР обычно второе слагаемое значительно больше первого, что хорошо видно на графике изменения осевой силы N(xj), приведенном на рис. 68 для одной из ракет. Таким образом, для верхних отсеков баллистической ракеты расчетным случаем является конец активного участка траектории ступени.

Межбаковый отсек. Теперь рассмотрим случай, когда отсек расположен в средней части ракеты на жидком топливе и над ним находится один из баков, из которого расходуется компонент, так что теперь массовая нагрузка меняется нс только из-за увеличения перегрузки, но и из-за уменьшения массы той части ракеты, которая находится над рассматриваемым ссчснисм.

В межбаковом отсеке, служащем для соединения баков между собой, могут размещаться приборы управления ракетой, а также вспомогательное оборудование, относящееся к различным ее системам.

Сначала рассмотрим случай верхних ступеней ракеты, когда силой лобового сопротивления можно пренебречь, а массу в выражении для массовой нагрузки представим в виде суммы постоянной и переменной составляющей:

или

где wc° - полная масса компонента в баке; тс - расход компонента; frij / т0 = рх - коэффициент запаса топлива; кс = т® I тТ - доля компонента в общем запасе топлива; т0 - стартовая масса ступени. Характер изменения силы зависит от соотношения постоянной

i-l

Ym, и переменной масс. Если преобладает постоянная масса, то

у=1

осевая сила растет, в противном случае уменьшается.

Функция (7.7) не обладает экстремумом, однако можно найти условие, при котором она принимает постоянное значение во все время полета по траектории. Найдем первую производную но времени и приравняем ее нулю:

откуда

1-1

Z mj

или kc= —-, где mk = m0(l - u,„) - вес ракеты без топлива.

тк

Подставив полученное выражение в (7.7), получим значение осевого внутреннего усилия, которое остается постоянным во все время полета ракеты:

Граничное значение доли компонента, находящегося выше рассматриваемого сечения в общем запасе топлива, позволяет указать на возможные расчетные случаи.

/-1

При заданном кс, если ^ т • / тк > кс, нагрузка увеличивает-

7=1

ся или постоянна во времени и расчетным случаем будет конец активного участка траектории, а осевое внутреннее усилие равно

/-I

N"'(x2) и определяется из формулы (7.8). Если ^тккс, то

7=1

расчетным будет случай старта ракеты (ступени), когда двигатель полностью вышел на режим. При t = 0 из (7.7)

Первый из рассмотренных случаев реализуется обычно для нижних ступеней ракеты, второй - для верхних.

Для одноступенчатых ракет и первых ступеней многоступенчатых, когда при выборе расчетного случая межбакового отсека необходимо учитывать силу лобового сопротивления, дополнительным расчетным случаем будет момент нагружения ракеты, соответствующий скоростному максимальному напору.

Забаковый отсек. Теперь выше забакового отсека находятся оба отсека с топливом, масса которых изменяется во времени (рис. 68).

Рис. 68

Для сечений, расположенных выше плоскости крепления ЖРД, в которой к корпусу приложена гяга, осевое внутреннее усилие можно определить по формуле, аналогичной (7.7), но теперь коэффициент кс всегда равен единице, поэтому

а условие постоянства осевого внутреннего усилия имеет вид

/

=1, что никогда не может быть выполнено для отсека,

7=1

расположенного сразу же за баками, так как сухая масса ракеты

/

тк всегда больше ее части . Значит, для этого отсека на-

7=1

грузка максимальна в момент старта ракеты, когда t = 0, тогда

При учете силы лобового сопротивления на первых ступенях ракет добавляется еще один расчетный случай, соответствующий максимальному скоростному напору на активном участке траектории (см. рис. 68).

Несущие баки. Стенка несущего бака является одновременно и стенкой корпуса ракеты. Рассматривая сечение IV-IV в верхнем баке (см. рис. 68), выражение (7.3) для осевого внутреннего усилия, относящееся к цилиндрической обечайке, перепишем так:

где под рн здесь и далее будем понимать избыточное (относи-

/

тельно окружающей среды) давление наддува в баке; - мас-

7=1

са выделенной части ракеты без жидкости.

Выражение (7.9) аналогично (7.6), которое относится к отсекам ракеты в верхней ее части. Различие их в том, что в (7.6) под

/

У/«,- понимается полная масса выделенной части, а в (7.9) - мас-

7=1

са выделенной части без жидкости. Кроме того, в баках возникает разгружающая сила, создаваемая давлением наддува. Если она постоянна и больше двух других слагаемых в (7.9), то наибольшее значение осевого внутреннего усилия будет в начальный момент времени, когда 7 = 0.

Такой случай типичен для баков с вытеснительной системой подачи топлива. В баках с гурбонасосной системой осевое внутреннее усилие чаще всего отрицательное, т.е. сжимающее, и поэтому максимум его достигается в конце активного участка траектории. Для одноступенчатых ракет и нижних ступеней многоступенчатых максимальное осевое усилие может также возникнуть в точке траектория с максимальной силой лобового сопротивления.

Если бак нижний и над ним находится расходуемая масса второго компонента, то выражение для осевого внутреннего усилия следует записать так:

/

где - масса выделенной части ракеты без топлива; кс - доля

у'=1

компонента верхнего бака в общем запасе топлива. Для баков с вытеснительной системой подачи топлива первое слагаемое опять значительно больше других и расчетным случаем опять будет начальный момент времени. При отрицательном внутреннем усилии расчетный случай всегда будет в начале работы ступени.

i

Исследуя (7.10), убеждаемся, что кс < Y/w • к , так как часть

J-1

/

ntj сухой массы ступени всегда меньше массы тк ступени без

У=1

топлива. В этом случае влияние переменной массы над постоянной преобладает, поэтому наибольшее значение осевое внутреннее усилие принимает при t = 0 и для верхних ступеней равно:

где тс - полная масса компонента в верхнем баке.

Для нижних ступеней ракеты к этому расчетному случаю, как обычно, добавляется случай максимальной силы лобового сопротивления.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>