Автореферат (Метод обоснования технических характеристик многомодульных лунных реактивных пенетраторов), страница 2

При этом характер движенияопределялся для случая внедрения пенетратора с работающей двигательнойустановкой с учетом наличия угла между вектором скорости и осью симметрии,угловых скоростей прецессии и нутаций, эксцентриситета тяги и вращениявокруг собственной оси.73.Проведена оценка влияния процесса истечения газовой струи изсопла двигателя в скважину переменной длины и определена предельнаяглубина проникания пенетратора, использующего ракетный двигатель спостоянным секундным расходом топлива.Практическая значимость работыРазработкаметодаобоснованиятехническиххарактеристикмногомодульных лунных реактивных пенетраторов позволяет на ранних этапахпроектирования определить и оценить эффективность вариантов конструкцииЛРП, учитывая необходимую глубину проникания и специфику работыдвигательной установки, что приведет к уменьшению числа вариаций иснижению конечной стоимости реализации.Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспеченанепротиворечивостью исходных теоретических положений, внутреннейлогикой исследования, применением достоверных методов, описывающихсущность изучаемого явления и отвечающих поставленным целям и задачамдиссертационной работы.На защиту выносятся результаты проведенных автором исследованийпо вопросам возможности использования многомодульных лунных реактивныхпенетраторов для образования глубоких скважин в реголите.

К результатамотносятся:разработка метода определения оптимальных техническиххарактеристик ЛРП;обоснование показателей эффективности ЛРП различногоконструктивного исполнения;исследование влияния особенностей функционирования двигателя вскважине на процесс проникания, а также процесса пространственногодвижения ЛРП;разработка системы критериев, позволяющих провести переносэкспериментальных данных на натурный образец.Апробация результатов работыОсновные положения и результаты работы докладывались на следующихконференциях: на Научно-практической конференции студентов и молодыхучёных МАИ «Инновации в авиации и космонавтике-2011» (Москва, 2011); наконференции «Авиация и космонавтика-2013» (Москва, 2013).Основные положения и результаты работы представлены в трех научныхстатьях, опубликованных в рецензируемых журналах и входящих врекомендованный ВАК Минобрнауки РФ перечень изданий [1,2,3] , а также впромежуточном отчете по научно-исследовательской программе по договору№202-MRA/47130-01130от01.11.13г.«Опроведениинаучноисследовательских работ «Программа стратегического развития»», Москва,Сколково.8Личный вкладЛичный вклад автора состоит в постановке задач исследования,разработке метода обоснования технических характеристик многомодульныхлунных реактивных пенетраторов; оценке влияния истечения газовой струи изсопла двигателя на движение пенетратора в лунном грунте; сравнениипенетраторов с двигательной установкой и двигающихся по инерции на основекритериев эффективности.Структура и объем работыДиссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, спискасокращений и списка литературы.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертации,формулируются цели работы, проанализированы основные проблемы.Отмечена научная новизна и практическая значимость полученныхрезультатов.

Приведены основные положения диссертационной работы,выносимые на защиту, сведения об апробации результатов работы и описанаструктура диссертации.В первой главе приводится метод выбора проектных параметров лунныхреактивных пенетраторов. Предложена модель расчета газодинамическихпараметров многомодульных пенетраторов, установлены соотношения междупараметрами пенетратора, условиями его запуска и характеристиками грунта.Для создания высоких значений удельной лобовой тяги, наодномодульных грунтовых пенетраторах должны использоваться ракетныедвигатели твердого топлива большого удлинения и с высокой плотностьюзаряжания, а это приводит к увеличению давления в камере сгорания,появлению эрозионного горения топлива и, следовательно, к снижениюнадежности РДТТ.

Кроме этого, одномодульные ЛРП имеют ограниченнуюглубину проникания, поскольку при длине участка движения в грунте больше230…260 калибров (при постоянном массовом расходе продуктов сгорания)скачок уплотнения «сядет» на срез сопла. Это значит, что в скважине будетнаблюдаться дозвуковое течение газа, а дальнейшее увеличение глубиныпроникания приводит к перемещению скачка в критическое сечение сопла и вкамеру сгорания, что влечет за собой разрушение двигателя.Указанные выше недостатки одномодульных ЛРП могут быть устраненыпутем применения многомодульных грунтовых реактивных пенетраторов,включающих в комбинации несколько секций твердого топлива,расположенных последовательно вдоль оси и корпус, окружающий секции,имеющий на одном конце головную часть, а на другом сопло и содержащийвставки с сопловыми пазами.9Такое конструктивное решение выгодно отличает многомодульный ЛРПот одномодульного и позволяет существенно улучшить его проникающуюспособность за счет:а) уменьшения, а в некоторых случаях и ликвидации силы сопротивлениятрения боковой поверхности корпуса о грунт путем обеспечения теченияпродуктов сгорания топлива между корпусом и грунтом в процессе движенияпенетратора;б) повышения устойчивости прямолинейного движения ЛРП в грунтепутем перемещения точки приложения равнодействующей силы тягидвигательной установки ближе к головной части;в) уменьшения газодинамических и тепловых потерь в РДТТ из-заисключения процессов длительного и продолжительного течения продуктовсгорания во внутренней полости корпуса к соплу и замены на течение понаикратчайшему расстоянию от поверхности горения топлива в ближайшейсопловый паз или в соответствующее сопло;г) увеличение коэффициента объемного заполнения двигателя за счетуменьшения размеров свободных полостей внутри корпуса, посколькуотсутствует необходимость течения продуктов сгорания по всей длине РДТТ ксоплу, расположенному в конце корпуса.Одинизвариантовконструктивно-компоновочнойсхемымногомодульного грунтового реактивного пенетратора представлена на рис.

1.Пенетратор содержит корпус 1, окружающие секции твердого топлива 2,представляющие собой цилиндры, расположенные последовательно вдольпродольной оси. Корпус 1 соединен с головной частью 3 и охватывает ее.Между ними имеется зазор « », а вокруг головной части, внутри которойразмещается полезная нагрузка, установлено кольцевое сопло 4.Общаясхемавыбораоптимальныхпроектныхпараметровмногомодульных грунтовых реактивных пенетраторов представлена на рис. 2.Состав проектных параметров и их физическая сущность могут меняетсяв зависимости от конкретных требований к разрабатываемому пенетратору. Отправильного выбора состава и величин основных проектных параметров в ходепроектирования зависит успех и сроки создания ЛРП, поскольку существенныеизменения основных проектных параметров влекут за собой перестройкупроизводства и дополнительные экспериментальные работы, а следовательно, идополнительные затраты средств и времени.При заданных физико-механических и химических свойствахтвердотопливного заряда и характеристиках материалов конструкций, а такжепри выбранных форме заряда и конструктивной схеме i-го модуля двигателяможно представить все массовые, геометрические, тяговые и другиехарактеристики этого модуля как функции нескольких свободно варьируемыхпараметров.В том случае, когда многомодульная двигательная установка имеетопределенную конструктивную схему, выбраны конструкционные материалы сзаданными массовыми и прочностными характеристиками, выбрано топливо изаданы все его физико–химические характеристики, в первом приближении10параметры такого РДТТ могут быть определены через номинальное давление вНPКкамере сгорания, наружный диаметр камеры сгорания DН , удлинениекорпуса  и отношение давления на срезе сопла ра к давлению в камереP аPКи количество модулей n в некоторой функциональнойпоследовательности.Рис.

1. Конструктивно-компоновочная схема многомодульного ЛРП сполезной нагрузкой, расположенной в ГЧ1– корпус; 2 – секция ТТ; 3 – головная часть; 4 – кольцевое сопло; 5 –вставка; 6 – многосопловой блок; 7 – устройство закрытия сопловых отверстий;8 – упор; 9 – воспламенитель; «а» - сопловой паз; «б» – зазор; «в» – сопловоеотверстиеРис. 2. Общая схема выбора оптимальных параметровмногомодульного ЛРП11В работе приведена математическая модель расчета газодинамическихпараметров рабочего процесса реактивного двигателя твердого топлива,найдены зависимости устанавливающие связь между параметрами ихарактеристиками ЛРП и его условиями запуска, а также определена глубинапроникания подобных пенетраторов с учетом физико-механическиххарактеристик реголита.С целью иллюстрации предложенного метода рассмотрен примеропределения оптимальных параметров пенетраторов, проникающих в аналогилунных грунтов.Выбирались параметры и условия запуска реактивного пенетратора длядвижения в лунном грунте, способного при заданной массе топлива М Тдоставлять приборный отсек массой Mпо на максимальную глубину проникания.По данным расчетов построены графики рис.