Диссертация (Методика выбора проектных параметров комбинированного пульсирующего ВРД со свободнопоршневым нагнетателем для малоразмерных БПЛА), страница 8

Квасникова «Процессы и балансы в авиамоторныхустановках» [36], в котором рассмотрено большое количество простых икомбинированных двигательных установок, даны распределения теплоты иполучаемые тяги.Используя эксергитический подход к рассмотрению типа топлива длядвигательной установки [10, 11], из термодинамики следует, что наиболее41эффективным будетиспользованиегазообразныхкомпонентов, напримерводорода.Таким образом, уравнение теплового баланса может быть записано вследующем виде: = всас + сжатия + сгорания +продувки + ЭУТ + ост ,где – количество теплоты, вводимое в двигательную установку с топливнойсмесью за определенный отрезок времени, = ; – расход топливнойсмеси [кг/час]; – низшая теплота сгорания топлива [кДж/кг].Слагаемые, приведённые в правой части уравнения и будут основнымипроектными параметрами.

В соответствиис этими проектными параметрамиполучим общее тепло.В соответствии с разработанным методом теплового баланса под задачиполучения комбинированного ПуВРД большой степени энерговыделения вкамере сгорания, и получения потребного расхода высокотемпературногорабочего тела уравновешенного двигателя, до какого-то предела по массепоршневой группы, приходим к выводу, что движителем должно быть реактивноесопло периодичного пульсирующего поршневого двигателя с нетрадиционнолёгкой поршневой группой, с применением разработок всей существующейпоршневой техники.Максимальнаямощностьэнергоустановкиограниченарабочимидиаметрами поршневой группы, ее массой, частотой работы.

Проработкапроектных параметров ДУ ставит вопросы решения ограничения по предельнодопустимой окружной скорости 300-500 м/с, для минимальных мощностейрешение задачи максимальной частоты работы поршня со скоростью до 30 м/с,конструктивное и технологическое решение вопроса ухода от традиционныхметодов пружинно кольцевого уплотнения и переход на гладкую пару, суплотнением на газовом или жидкостном клине.

А так же полный уход отвращательных движений кривошипно-шатунного привода, использование ватмосферных двигателях мембранной системы сжатия, с прямым безмассовым42приводом от возвратно поступательно движения облегченной поршневой группыи группы демпферного сжатия в цикле. И использование синхронизирующихмеханизмов синхронизации движущихся поршней, циклически работающих безнагрузок сжатия.При формировании проектных параметров для такой системы необходимопривлечение всех доступных знаний в других областях науки и техники особеннов области работы над рабочим телом, например, компрессорных, разноприводных систем [39].Использование всех рабочих методик и их последовательное объединениеметодом теплового баланса, позволяет построить схему первого приближенияразработкиатмосфернойпроектнымиреактивнойпараметрамиустановкипульсирующеготипасвсас , сжатия , сгорания , продувки , ЭУТ , остопределяющими ее облик.

При этом важно отметить, что реализация полногоизохорного цикла дает выигрыш в 15 % и необходимо стремиться организоватьдетонационное горение [21].2.3.Выбор критериев эффективности при проектировании БПЛАВыбор критериев эффективности разрабатываемого комплекса ЛА по сутиявляется процессом формализации замысла проектанта, качественным иколичественным описанием его понимания вновь создаваемого комплекса ЛА.Ошибка при выборе и использовании критериев эффективности уже не можетбыть исправлена на последующих этапах создания нового комплекса ЛА,содержание которых – взаимная увязка характеристик ЛА и комплекса в целом,изготовление опытных образцов и их экспериментальная отработка (ЭО) дозаданной надежности, разумеется, без кардинальной переработки разработанныхконструкций составляющих частей [69, 84].Вместестемвыборкритериевэффективностикактворческийпроцесс наиболее трудно поддается формализации, что, тем не менее, не должнослужить основанием для неясностей в этих вопросах.

Если проектант, а вместе с43ним и заказчик не могут конкретизировать преимущества принимаемого кразработке альтернативного варианта, то это означает, что либо рассматриваемыеконструкции равноценны, либо разработчики недостаточно компетентны. И в томи в другом случаях даже наиболее совершенные методы проектирования исовременные средства автоматизации не могут исключить принятия не лучшеготехнического решения.Критерии эффективности ЛА должны отражать наиболее существенныекачества новой разработки, улучшение которых при выполнении задач запускадает явные преимущества [71].Применительно к комплексам БПЛА, назначение которых – поражениезаданного количества наземных целей, явные преимущества будут у новыхразработок БПЛА, которые на требуемую дальность доставляют к целям сзаданной точностью конкретную полезную нагрузку с наименьшими затратами наизготовление и запуски:Э1 =ДПЛАгде СДПЛА = судСДПЛАМПН=ДПЛАсудПН,(2.1)01 , МПН = ПН 01 – соответственностоимостьзапускаодного БПЛА и масса его полезной нагрузки.Стоимость запуска одного БПЛА складывается из стоимости собственноБПЛАистоимостистартовогоустройства,обеспечивающегозапуск,неуязвимость и многие другие качества комплекса ЛА.

В тех случаях, когдастоимость стартового устройства относительно невелика по сравнению состоимостью БПЛА, стоимость запуска одного БПЛА может быть определенаформулой:()Э1 =∑=1 удПН,(2.2)()где и уд – соответственно относительная масса и удельная стоимостьизготовления j-го агрегата.Критерий может рассматриваться как приближенное математическоеописание качеств БПЛА.

Допущения, сделанные при их записи, не означают44правомерность пренебрежения остальными качествами БПЛА в иных ситуациях.Всякие допущения приемлемы с позиций анализа требований к БПЛАприменительнокконкретнойситуации,ивэтомсмыслеихпользазаключается в возможности отделить наиболее существенные качества отвторостепенных.Аналогичные примеры рассмотрим и применительно к транспортнымБПЛА, из анализа требований к которым следуют критерии качества БПЛА какэкономичногосредствавыполнениятранспортнойпрограммы.Какдлятранспортных БПЛА, так и для БПЛА может рассматриваться критерий с учетомобъема транспортных перевозок:СР +Си.э иЭ2 =МΣ,(2.3)где СР – затраты на разработку и ЭО; Си.э – стоимость изготовления иэксплуатации одного носителя; МΣ – суммарная масса выведенных полезныхгрузов и носителями со стартовой массой М0:МΣ = ПН 0 и .Выразимзатратынатранспортнуюпрограммучерезосновныепроектные параметры ЛА:СРСР + Си.э и = Си.э и (Си.э и+ 1) = суд 0 и (0и+ 1),(2.4)где 0 – условное количество ЛА, характеризующее объем экспериментальнойотработки ЛА до заданной надежности.Отношение0ихарактеризует дополнительные затраты на создание новогоносителя.

Использование существующего ЛА для выполнения транспортнойпрограммы означает равенство0и= 0. Величине отношения0иможет бытьсопоставлена подтверждаемая надежность ЛА к моменту окончания его ЭО.Беспредельное увеличение подтверждаемой надежности ЛА к моментуокончанияЭОэкономическинеоправданному росту отношениянецелесообразно,0ипосколькуприводитк. Следовательно, существует целесообразная45граница необходимой надежности ЛА, за пределами которой дополнительныезатраты на создание и ЭО комплекса ЛА превысят возможные потери в стоимостиматериальной части и полезной нагрузки в ходе выполнения транспортнойпрограммы. Целесообразная надежность соответствует минимуму критерия (2.2)по условному объему экспериментальной обработки0ии может быть уменьшенапри установке на ЛА средств спасения дорогостоящей материальной части приотказах в процессе эксплуатации, поскольку отказы не будут связаны с большимиматериальными потерями.С учетом (2.2) и (2.4) критерий транспортного БПЛАЭ2 =судПН(0 + 1).(2.5)иКритерий Э2 , как и в случаях критериев для БПЛА, выделяет наиболеесущественные качества носителя в конкретных ситуациях, например, при наличииили отсутствии системы аварийного спасения САС) материальной части и т.

д.ПриведенныевкачествепримеровкритериикачествБПЛАилитранспортного ДПЛА далеко не охватывают всего многообразия практическихситуаций, но свидетельствуют о возможности выразить через основныепроектныепараметрыЛАнеобходимыеидостаточныекритерииихэффективности. Во все критерии Э1 , Э2 входит относительная масса полезнойнагрузки ПН . Допустим, что проектные параметры ЛА слабо влияют на удельнуюстоимость его изготовления и запуска суд , на габариты и объем ЭО комплекса ЛА.Тогда экстремальные значения рассмотренных критериев будут соответствоватьПН = ∏ ПН,=1где ПН – относительная полезная нагрузка j-й ступени.В тех ситуациях, когда допущение о слабом влиянии проектныхпараметров на стоимость изготовления и запуска ЛА неприемлемо, можетоказаться удовлетворительным приближенный учет стоимости ДПЛА илиодноразовых носителей:46суд−1=1=1=0Си.э сконуд==∑( − ПН ) = сконуд ∑( − ПН ) ∏ ПН ,00ПН 0 = 1,где сконуд – удельные затраты на изготовление собственно конструкции топливныхотсеков, двигателей, приборов и других устройств, усредненные для всех Nступеней ЛА.В таких ситуациях критерии Э1 , Э2 с точностью до постоянного множителязаписываются как̃1 = ∑( − ПН ) ;Э=1=1=̃2 = ( 0 + 1) ∑( − ПН ) ∏(ПН )−1 ,Эигде ̃ =ПН– отношение плотности нагрузки к средней плотности j-гo блока,определяемойплотностьютопливаприреализациивконструкцииЛАсовмещенных топливных баков, утопленных в топливных баках двигателей идругими мерами повышения плотности компоновки.Хотя приведенные примеры и не исчерпывают всего многообразиявозможных критериев эффективности БПЛА как ударных и как носителей, тем неменее наглядно видна общность логических построений при их получении ииспользовании:–привыбореиформализациикритериевэффективностидляБПЛА необходимо исходить из требований к БПЛА или транспортным БПЛА,т.

е. к комплексам, в которые аппараты входят как составные части;–упрощенияприформализациикритериевэффективностиБПЛАдопустимы только в тех пределах, при которых сохраняются с необходимойдостоверностьювзаимосвязирассматриваемыхразрабатываемых БПЛА;47качествдлявновь– для одного и того же вновь разрабатываемого ударного БПЛА илитранспортногоБПЛАможетбытьформализованонесколькокритериевэффективности, одновременно удовлетворить которые наилучшим образом путемвыбора совокупности основных параметров ЛА невозможно.Такие закономерности типичны при системном подходе к разработке и, вчастности, при принятии технических решений на основе системного анализа впроектировании ЛА.Методика расчета комбинированного ПуВРД сосвободнопоршневым нагнетателем методом тепловых балансов2.4.Согласно озвученной концепции выбора проектных параметров, произведемпошаговое рассмотрение конструктивных элементов ДУ с использованиемподходящих методик расчета их характеристик.Тепловой баланс представляет собой определенное распределение теплоты,вводимой в ДУ с топливом, затраченное на полезную работу и распределение еепо потерям.Рассмотрим единичный цикл работы ДУ с точки зрения распределениятепла.