Состав, компоновка и конструктивные схемы беспилотных ЛА

Лекция 2
СОСТАВ, КОМПОНОВКА И КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ БЕСПИЛОТНЫХ ЛА.

1. Состав и основные блоки ЛА.
2. Компоновка ЛА.
2.1. Аэродинамическая компоновка.
2.2. Объемная компоновка.
2.3. Конструктивная компоновка.
3. Конструктивно силовые элементы ЛА.
3.1. Корпус.
3.2. Носовые отсеки.
3.3. Несущие поверхности.
3.4. Узлы разделения ступеней.

1. Состав и основные блоки ЛА.

Несмотря на многообразие ЛА можно выделить их общие составляющие части (см. рис 1). Прежде всего ЛА имеет целевой груз, который определяет его назначение. Это специальные грузы, телевизионная, кино- и фотоаппара¬тура, экспериментальное оборудование, боевые части и др. Все остальные со¬ставные части ЛА (двигательная установка, система управления, бортовые ис¬точники питания, элементы планера и конструкции ЛА) обеспечивают дос¬тавку этих грузов в заданный район и их функционирование.
Двигательная установка, в общем случае состоящая из двигателя и топ¬ливной системы, обеспечивает движение ЛА по различным траекториям по¬лета на различных высотах и создается для определенного ЛА. Двигательная уста¬новка является сложным агрегатом, состоящим из ряда блоков и элемен¬тов, объединенных функциональными связями.
Система управления (имеется на управляемых ЛА) обеспечивает управ¬ление и стабилизацию ЛА при движении по заданной траектории и в зависи¬мости от отклонения действительных параметров движения от заданных выра¬батывает сигналы управления. В соответствии с этими сигналами действуют органы управления, которые создают управляющие силы и моменты.
Бортовые источники питания предназначены для снабжения энергией блоков ДУ и СУ в течение всего времени полета ЛА и подразделяются по типу энергии на электрические и механические.
Конструкция ЛА обеспечивает функционирование всех составных частей и включает в себя в общем случае корпус, несущие поверхности, газодинами¬ческие органы управления и механизмы управления. Корпус аппарата соеди¬няет все его части и служит для размещения целевого груза, СУ, БИП, топлива и в большинстве случаев двигательной установки.
В общем случае ракета может иметь не один а несколько последовательно работающих двигателей, т.е. может быть много ступенчатой.
Ступенью ЛА называется отделяемая часть составной конструкции, имею¬щая собственный двигатель и топливную систему, обеспечивающая благодаря работе двигательной установки движение ЛА на определенном участке траек¬тории.
При применении многоступенчатых ЛА после выгорания топлива в каждой из ступеней пустые блоки отделяется от конструкции ЛА, несущей целевой груз, чем уменьшается масса и аэродинамическое сопротивление остающейся части ЛА.
Для оценки целесообразности применения многоступенчатых ЛА по зна¬чению идеальной конечной скорости разгона Vк.ид. (без учета аэродинамиче¬ского сопротивления и гравитационных потерь) может быть использована формула, полученная К. Э. Циолковским,
Где относительная масса топлива; mтi, m0i – масса топлива и начальная масса i — той ступени соответственно.
Из формулы следует: чем выше скорость истечения газа, относительная масса топлива и больше число ступеней, тем большую конечную скорость раз¬гона Vк.ид и дальность полета может развить многоступенчатый ЛА.
Таким образом, увеличение числа ступеней ЛА позволяет увеличить ско¬рость разгона, либо уменьшить стартовую массу многоступенчатого ЛА. Од¬нако, как показывают расчеты, применение более трех — четырех ступеней ока¬зывается нецелесообразным, так как при этом ухудшается совершенство каж¬дой из ступеней из — за необходимости иметь на ней собственную двигатель¬ную установку, а также механизмы, обеспечивающие надежное соединение ступеней и их последующее разделение.
Многоступенчатые ЛА могут составляться из ступеней по различным схе¬мам:
при тандемной схеме (см. рис. 1.а) ступени соединены последовательно, что позволяет уменьшить лобовое сопротивление ЛА, упростить его сборку, монтаж, пусковую установку. В то же время из — за большой длины конструк¬ции ЛА испытывает большие поперечные нагрузки;
при пакетной схеме (см. рис. 2.б), ступени соединены параллельно между собой, что уменьшает общую длину ЛА, дает возможность на старте работать всем двигателям ступеней одновременно и тем самым создавать большую тягу по сравнению с тандемной схемой.
К недостаткам следует отнести большие поперечные размеры, что увели¬чивает лобовое сопротивление, усложняет пуск и разделение ступеней.
При комбинированной схеме многоступенчатого ЛА изложенные выше преимущества схем могут быть использованы в конструкции наиболее ра¬ционально.

2. Компоновка ЛА.

Под компоновкой понимают выбор внешних форм и взаимного располо¬жения частей, агрегатов и грузов, размещаемых на ЛА. Различают аэродина¬мическую, объемную и конструктивно — силовую компоновки ЛА.

Рис. 1 Принципиальная схема одноступенчатых ЛА:
а — твердом топливе; б — жидком топливе; 1- обтекатель; 2- целевой груз; 3- система управления; 4- бак окислителя; 5- твердое топливо; 6- бак горючего; 7- система подачи топлива; 8- камера сгорания; 9- сопло; 10- стабилизатор; 11- газовые рули.

Рис. 2 Принципиальная схема многоступенчатых ЛА (пакетная).
1 – двигатель; 2 – механизмы расцепки ступеней; 3 – система управления; 4 – отсек целевого груза; 5 – топливные баки.

2.1. Аэродинамическая (внешняя) компоновка ЛА.

Под аэродинамической компоновкой понимают рациональный выбор внеш¬них форм и взаимного расположения корпуса, крыла, оперения и органов управления ракеты с целью наилучшим образом выполнить предъявляемые к ней тактико-технические требования.
От удачного выбора аэродинамической компоновочной схемы ракеты зави¬сит ее качество в целом и не случайно этому вопросу уделяется огромное вни¬мание в процессе проектирования ракеты.
Разделим все схемы на два класса. К первому классу отнесем аэродинами¬че¬ские компоновки таких ракет, у которых корпус не имеет резко выступаю¬щих поверхностей (неоперенные ракеты), а ко второму – с дополнительными, резко выступающими из корпуса поверхностями (оперенные ракеты): крылья и опе¬рение.
Крылом ракеты называют обычно те ее поверхности, которые примыкают к корпусу и служат для создания подъемной силы, а оперением – те поверхно¬сти, которые служат для перенесения центра давления в необходимое место, напри¬мер, для получения достаточной статической устойчивости ракеты.
Примером аэродинамической компоновки неоперенной управляемой ра¬кеты является американская баллистическая ракета «Атлас», ракетоносители «Вос¬ток», «Союз»(рис. 3).

Рис. 3 Баллистическая неоперенная управляемая ракета.

К неоперенным неуправляемым ракетам можно отнести турбореактивные снаряды.
Аэродинамические компоновки оперенных ракет (второго класса) могут быть разделены на бескрылые и крылатые. Компоновки бескрылых, оперен¬ных ракет, так же как и неоперенных, подразделяются на неуправляемые и управ¬ляемые. Примерами неуправляемых оперенных бескрылых ракет (см. рис. 4) служат ракеты ближнего радиуса действия, которыми стреляли гвар¬дейские минометные части времен Великой Отечественной войны, а также снаряды со¬временных РСЗО.

***
Рис. 4 Оперенная бескрылая неуправляемая ракета.

Управляемой оперенной бескрылой ракетой является оперативно — тактиче¬ская ракета типа 8К — 11 или 8К — 14, которые на активном участке траектории управляются и стабилизируется с помощью газовых рулей, а для устойчивости на пассивном участке траектории (в свободном полете) имеют неподвижное оперение (стабилизатор) в хвостовой части, благодаря которому является ста¬ти¬чески устойчивой.
Крылатые ракеты, как правило, управляемы (по крайней мере, на активном участке траектории), так как крыло, создавая подъемную силу, служит для управления полетом. При отнесении ракеты к той или иной схеме иногда трудно бывает отличить оперение с большой поверхностностью и от крыла с малой поверхностью.
Крылатые ракеты имеют много видов аэродинамических схем компоновок. Классификация которых представлена на рис. 5.

Рис. 5 Классификация аэродинамических схем ракет
Аэродинамические схемы характеризуются взаимным пространственным расположением неподвижных несущих поверхностей и подвижных органов управления на корпусе ЛА. При этом различные ЛА сравниваются по числу и взаимному поперечному расположению крыльев и органов управления ЛА. Рас¬смотрим особенности каждой схемы.
Плоское расположение крыльев, характерное для ЛА самолетной схемы, может быть выполнено с углом поперечной V — образности и без него. Управ¬ляющие силы, в основном, создаются крыльями, а управляющие моменты вер¬тикальным и горизонтальным оперением. Особенностью этой схемы является то, что управляющие силы в вертикальной плоскости создаются за счет угла атаки, а в горизонтальной – или посредством угла скольжения при плоском развороте, или за счет угла крена при координированном развороте (рис. 6). При плоском развороте упрощается система управления, но в создании боковой силы участвуют только корпус и вертикальное оперение, по своей площади зна¬чительно уступающие крылу. При координированном развороте боковая сила может быть достаточно большой, так как она создается крылом, но зато услож¬няется работа системы управления.
Расположение оперения в плоскости крена при плоском расположении крыльев может быть выполнено по одному из вариантов, представленных на рис. 7, при этом горизонтальное оперение может устанавливаться как в носовой, так и в кормовой части корпуса, а вертикальное только в кормовой, так как ЛА в противном случае не будет обладать статической устойчивостью пути……….

Скачать полную версию работы

СКАЧАТЬ работу l-raketostroenie/lekcii_raketostroenie_02.rar