Диссертация (1025947), страница 3
Текст из файла (страница 3)
on Advanced Polymer Matrix Composites (Compo 2010) (Harbin, China, 2010);Всеросс. научно-технической конференции «Аэрокосмические технологии –2010» (Реутов, 2010); 34-х, 35-х, 36-х, 40-х Академ. чтениях по космонавтике16(Москва, 2010, 2011, 2012, 2016); 2-nd, 3-rd Int. Conf.
on Advanced CompositeMaterials and Technologies for Aerospace Applications (Wrexham, UK, 2012, 2013);14-м, 15-м Минском международном форуме по тепло- и массообмену (Минск,2012, 2016); 4-ой Междунар. научной конференции «Ракетно-космическаятехника: фундаментальные и прикладные проблемы» (Москва, 2013); I SinoRussian Symposium on Advanced Materials and Processing Technology (Qingdao,China, 2014); IV Sino-Rus.
ASRTU Symposium on Advanced Materials andProcessing Technology (Ekaterinburg, 2016); 2-ой Междунар. конференции«Деформирование и разрушение композиционных материалов и конструкций(DFCMS-2016)» (Москва, 2016).Публикации: материалы диссертации отражены в 15 научных работах, втом числе в 4 статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Общий объемпубликаций составляет 5,08 п.л.Структура и объем диссертации: диссертационная работа состоит извведения, 5 глав, выводов к каждой главе, общих выводов, заключения,приложения и актов внедрения. Работа содержит 179 страниц машинописноготекста, 73 рисунка и 27 таблиц.
Список литературы включает 244 наименования.17ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МНОГОРАЗОВЫХКОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ТУРИСТИЧЕСКОГО КЛАССА1.1. Особенности техники космического туризмаКосмический туризм стал реальностью после начала полетов в космоспассажиров на кораблях «Союз-ТМ» на Международную космическую станциюв 2001 г., а также полетов суборбитального аппарата «SpaceShipOne» (Рис. 1.1) в2004 г. на международном конкурсе Anzari X Prize.К предпосылкам, способствующим развитию космического туризма,можно отнести высокий уровень технологий производства летательныхаппаратов(ЛА),обыденностьавиационныхперевозок,накоплениезначительного опыта пилотируемых космических полетов, а также растущеечисло энтузиастов экстремальных видов спорта и состоятельных людей,способных оплатить участие в космическом полете [1, 2].Рис.
1.1. МКА ТК «SpaceShipOne», Scaled Composite LLC, США18В настоящее время технически осуществимы два вида космических туров:орбитальный, предусматривающий посещение Международной космическойстанции, и суборбитальный, в рамках которого выполняются полеты потраекториям с высотами более 100 км.Кхарактернымособенностяморбитальноготуризмаотносятся:чрезвычайно высокая стоимость (десятки млн. долл.
США), строгие требованияк состоянию здоровья потенциальных туристов, разработанные на основаниианалогичных требований для профессиональных космонавтов, а такжедлительная предполетная подготовка (до 1 года). Суборбитальный туризм,напротив, отличается на несколько порядков более низкой стоимостью (сотнитысяч долларов США), такими же, как для авиапассажиров, медицинскимитребованиями к состоянию здоровья и недлительной предполетной подготовкой.Таким образом, более всего современному понятию «туризм», для которогохарактернымассовостьидоступность,соответствуетконцепциясуборбитальных полетов.Для развития космического туризма актуальна разработка МКА,обладающихсовершеннойконструкцией,безопасных,экономичныхикомфортных [1, 2].
С учетом этих требований создание МКА ТК, а такжесоответствующейинфраструктурыкосмическойтранспортнойсистемы,является сложной научно-технической междисциплинарной проблемой [3-5].Так, обеспечение высокой степени комфортности для пассажиров и экипажанапрямую связано с перегрузками, действующими во время полета. В своюочередь, непосредственное влияние на перегрузки оказывают траектория полета,схема управления движением и конструктивно-компоновочная схема МКА. Сточки зрения комфортности для пассажиров и экипажа наибольшимиперспективами обладает крылатая схема, обеспечивающая уровень перегрузокне более 5 g (в то время как перегрузки у аппаратов типа «несущий корпус» и«капсула» могут достигать 8 g и 15 g соответственно). Дополнительное19преимущество крылатой схемы заключается в большей маневренности аппарата,что особенно важно на этапах выведения и спуска.Росту весовой эффективности МКА способствует использование в егонесущих конструкциях, к которым относятся и крылья, материалов, обладающихвысокими значениями удельных упруго-прочностных характеристик.
Этимтребованиям в полной мере удовлетворяют ПКМ [6, 7].На экономичность композитной конструкции немалое влияние оказываютэффективность использования характеристик материала в конструкции, а такжестоимостьсырьевыхпроизводствакомпонентов.композитныхКконструкцийглавнымототличиямтехнологийтехнологийпроизводстваконструкций их металлов и сплавов относятся: чрезвычайно низкий уровеньотходов (менее 10%), зависимость характеристик конечного изделия от типаармирующего наполнителя и возможность регулирования характеристик взаданных направлениях.
Совмещение в одном ПКМ нескольких различных похимической природе наполнителей позволяет создать материал, обладающийуникальным набором характеристик, и называемый гибридным. Многообразиеразличных комбинаций армирующих компонентов в ГПКМ, с одной стороны,порождает множество возможных конструктивно-технологических решений, а сдругой, затрудняет процесс проектирования в силу отсутствия, в подавляющембольшинстве случаев, информации об определенном ГПКМ.1.2.
Проекты многоразовых космических аппаратов и анализ ихконструктивно-технологического совершенстваНа начальных стадиях проектирования МКА ТК необходимо располагатьсведениями о конструктивно-технологическом совершенстве близких аналогов.В настоящее время известно более 30 проектов МКА, отличающихся поназначению (экспериментальный / военный / транспортный / туристический),виду траектории (суборбитальный полет / орбитальный полет), типу старта(наземный / воздушный), посадки (на парашюте / с использованием воздушного20тормоза / с помощью ракетного двигателя / по-самолетному), по типу носителя(самолет-носитель/ракета-носитель(РН),компоновочнойсхеме(одноступенчатая / многоступенчатая; с последовательным расположениемступеней / тандемная; крылатая / бескрылая), по системе управления(пилотируемая / автоматическая / смешанная), по типу маршевых двигателей(воздушно-реактивный двигатель (ВРД) / жидкостной ракетный двигатель(ЖРД) / ракетный двигатель твердого топлива (РДТТ) / гибридный ракетныйдвигатель / комбинированный).К параметрам конструктивно-технологического совершенства МКА ТКотносятся: μ = /0 – относительная конечная масса, где – конечнаямасса; 0 – стартовая масса; μПГ = ПГ /0 – относительная масса полезногогруза, где ПГ – масса полезного груза (Таблица П.1, Приложение); γДУ =ДУ /ДУ – относительная масса двигательной установки (ДУ), где ДУ – массаДУ (залитой); ДУ – тяга ДУ (Таблица П.2, Приложение).
В результатесистематизации и анализа информации из литературных источников былиполучены данные об относительной конечной массе, относительной массеполезного груза, относительной массе ДУ ряда ЛА, близких по назначению иустройству к техническим средствам туристических полетов в космос.Необходимо отметить, что конечной массой для орбитальных МКА считаласьмасса, выводимая на орбиту, а для суборбитальных – масса приземлившегосяМКА.
При расчете двигатель считался заполненным компонентами ракетноготоплива.Исходная информация для расчетов заимствовалась для Таблицы П.1(Приложение) из [8-33], а для Таблицы П.2 (Приложение) из [8-13, 19, 21, 25, 3437]. Расхождения в исходных данных, почерпнутых из разных источников, в рядеслучаев («Space Shuttle», «Skylon,» «Saenger-2», «Ascender» (Рис. П.1) и др.)связаны с доработкой проектов.В число аппаратов, для которых проводился анализ, был включенракетоплан Х-15 (Рис.
П.2, Приложение), предназначенный для исследований21аэродинамики, управления и методов тепловой защиты при гиперзвуковыхскоростях полета в широком диапазоне высот. Этот аппарат совершил 199полетов и в одном из них достиг рекордной высоты 107 км, двигаясь посуборбитальной траектории.СравнениеМКА,современными,разработанныхуказываетнавсерединетенденциюпрошлогоувеличениявекаспараметров,характеризующих их совершенство – μК и μПГ (Рис. 1.2, Рис. 1.3). Это связано, вопервых, с использованием новых подходов к конструированию, а во-вторых, сприменениемновыхматериалов,преимущественнокомпозиционных(полимерных, углерод-углеродных и металлических).Параметры российских МКА, таких, как «ARS» (МАИ, 2000) (Рис. П.3,Приложение),«CosmopolisAdventures, 2002)(Рис.XXI»П.4,(ОКБ им.В.М.
МясищеваПриложение),иSpace«Одуванчик»(МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007) (Рис. П.5, Приложение), «КМ-91» (Рис. П.6,Приложение), не уступают зарубежным. Для «Cosmopolis XXI» μК=0,123, а длясуборбитального варианта МКА «Одуванчик» μК =0,35.Среди рассматриваемых в работе МКА можно выделить ряд аппаратов,предназначенных для полетов по суборбитальным траекториям.
К ним относятся«SpaceShipTwo» (Рис. 1.4), Lynx (Рис. 1.5), RocketplaneXP (Рис. 1.6), «SpacePlane» (Рис. 1.7), «Одуванчик» (Рис. 1.8). К характерным особенностямсуборбитальных МКА ТК можно отнести преобладание ПКМ в конструкцияхтаких аппаратов. Так, корпус МКА «SpaceShipTwo» фактически полностьювыполнен из углеплаcтика (УП) [38]. По данным компании XCOR всуборбитальном МКА Lynx такие элементы конструкции как крыло, наплывыкрыла и фюзеляжа, а также кабина экипажа планируется изготавливать из УП[39-43].22Рис. 1.2. Относительные массы полезного груза для различных МКА:▲/▲ – суборбитальные одно/многоступенчатые;■ /■ – орбитальные одно/многоступенчатыеРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
