Диссертация (1025947), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Предполагается, что лонжерон состоит из УП, а обшивкипредставляют собой панели типа «сэндвич» с сотовым заполнителем (Рис. 2.3).Рис. 2.3. Конструкция типа «сэндвич»Каждая составная часть «сэндвич»-панели имеет свои специфическиефункции: поверхностные слои воспринимают растягивающую и сжимающуюнагрузки, заполнитель должен быть достаточно жестким и сопротивлятьсясдвигу настолько, чтобы поверхностные слои не скользили друг относительнодруга. Таким образом, жесткость на сдвиг сердцевины дает возможностьверхнему и нижнему слою работать как одному целому.
Для того, чтобысердцевина и поверхностные слои работали совместно, необходимо, чтобысвязующее обеспечивало передачу сдвиговых усилий между ними.49Геометрические характеристики лонжерона линейно изменяются поразмаху крыла:ℎ1 − ℎ2∙ ,1 − 2() = 1 −∙ ,1 − 2() = 1 −∙ ,1 − 2() = 1 −∙ ,ℎ() = ℎ1 −где ℎ1 , ℎ2 – высота лонжерона в корневой и концевой хордах крыласоответственно; 1 , 2 – ширина вертикальной полки лонжерона в корневой иконцевой хордах крыла соответственно; 1 , 2 – ширина горизонтальной полкилонжерона в корневой и концевой хордах крыла соответственно; 1 , 2 – высотагоризонтальной полки лонжерона в корневой и концевой хордах крыласоответственно; – размах крыла; – координата лонжерона по размаху крыла(Рис.
2.4).Рис. 2.4. Геометрические характеристики лонжеронаРазмеры лонжерона, соответствующие корневой и концевой хорде крылаприведены в Таблице 2.2.Для достижения экономической эффективности конструкции МКА, присохранении необходимого уровня надежности, поверхностные слои «сэндвич»панели перспективно изготавливать из ГПКМ, сочетающих в своем составеразличные по своей химической природе наполнители.50Таблица 2.2.Линейные размеры лонжерона, соответствующие корневой и концевой хордекрыла.Линейный размерВысота лонжерона h, ммШирина вертикальной полки лонжерона a, ммШирина горизонтальной полки лонжерона b, ммВысота горизонтальной полки лонжерона t, ммКорневаяхорда7202025010Концеваяхорда2401010082.3. Траектория полета суборбитального МКА ТКПараметры траектории МКА ТК «Одуванчик» были определеныЭ.Н. Дударом при помощи баллистических расчетов с использованиемкомпьютерных программ, моделирующих движение центра масс МКА ТК напротяжении всего полета (старт, разгон с помощью ракетного блока,суборбитальный полет, вход в плотные слои атмосферы, спуск к аэродрому,предпосадочное маневрирование, заход на посадку и посадка) [44].УправлениедвижениемМКАТК«Одуванчик»приразгонепредполагается вести путем коррекции угла тангажа при стабилизации по угламрысканья и крена.
В результате будут достигнуты терминальные условия в точкезавершения работы ракетного двигателя, обеспечивающие пребывание вневесомости от 3 до 5 минут на высоте полета до 110 км.Экономические требования заставляют рассматривать проекты МКА ТК, вкоторых эти условия реализуются при минимально возможной скорости полетав конце разгона. Поэтому траектория в начале пассивного участка полета имеетбольшой угол наклона к плоскости горизонта. В настоящей работе началупассивного участка траектории соответствуют: высота Н = 46 км, число М = 3,8,траекторный угол = 56 (Рис. 2.5).
Вход в плотные слои атмосферы в этомслучае характеризуется пиковым нарастанием скоростного напора p, поперечнойперегрузки ny и температуры аэродинамического нагрева поверхностиаппарата T.51Приформированиитиповойтраекториинеобходимоучитыватьограничения, накладываемые на значения перегрузки ny и массу МКА ТК, таккак эти параметры непосредственно влияют на уровень тепловых и силовыхнагрузок (Рис. 2.6). Допустимое значение максимальной перегрузки по уровнюсилового и теплового воздействия на аппарат, находится в диапазоне от 3,5 до4,0 – при номинальных условиях полета и от 4,0 до 4,5 – с учетом действиявозмущений. Такой уровень перегрузок приемлем для космических туристов,прошедших специальную физическую подготовку.Значения перегрузки снижаются с уменьшением угла атаки, однако врезультате в критических точках траектории температура и скоростной напорвозрастают.
Как видно из Рис. 2.7, а, б угол атаки во время спуска на высотах от105 до 40 км выдерживается равным 35 град. Это обусловлено необходимостьюснижения скорости МКА на участке входа в плотные слои атмосферы.Аэродинамические характеристики и параметры траектории МКА ТКмассой m = 3,5 т при максимальной допустимой перегрузке nyдоп = 3,5, а такжеего силовые и тепловые нагрузки представлены на Рис. 2.8, а, б и Рис.
2.9, а, бсоответственно. Зависимости силовой и тепловой нагрузок, действующихнаппарат, носят пиковый характер (Рис. 2.8, а, б).Рис. 2.5. Программа изменения траекторного угла МКА ТК «Одуванчик» вовремя полета520,06pmax, МПаT300max, ºС0,052500,042000,031500,021000,01500022,533,5- максимум скоростного напора44,55 ny доп- максимум температурыаT270max, ºC0,03pmax, МПа0,0252650,022600,0152550,012500,005245024035004000- максимум скоростного напора4500 ММКА, кг- максимум температурыбРис. 2.6.
Влияние заданной допустимой перегрузки и массы МКА ТК намаксимумы скоростного напора p и температуры T: а – влияние допустимойперегрузки при m = 3,5 т; б – влияние массы при ny = 3,553абРис. 2.7. Изменение траекторных параметров по времени полета:а – угол атаки ; б – высота полета Н54абРис. 2.8.
Изменение траекторных параметров по времени полета:а – скоростного напора p; б – температуры крайней передней точки МКА55Программа изменения скорости полета во времени и программа изменениязначений продольной и поперечной перегрузок представлены на Рис. 2.9, 2.10соответственно.Рис. 2.9. Изменение скорости набегающего потока во времениРис. 2.10. Изменение продольной nx и поперечной ny перегрузок во времяполета562.4. Определение условий аэродинамического обтекания и нагрева крылана траектории спуска в атмосфереМоделирование аэродинамического обтекания крыла МКА ТК на этапевхода в атмосферу проводилось в модуле CFX, входящем в пакет программконечно-элементного моделирования Ansys WB.
Геометрическая модельпредставляла собой крыло с аэродинамическим профилем A-12%, полуразмахом4 м и углом стреловидности 45º. Вокруг крыла был создан объем среды(идеальный газ) в виде куба (Рис. 2.11). На входе в объем среды задавалиськомпоненты вектора скорости набегающего потока, на выходе – давление (вслучае дозвукового обтекания) и свободное течение среды (в случаесверхзвукового режима).
В корне крыла были заданы условия симметрии, трибоковыегранивыделенногообъемасредысчиталисьсвободноперемещающимися, а среда, прилегающая к поверхности крыла, – покоящейся(Рис. 2.12). Сетка КЭ-модели была сгенерирована в автоматическом режиме, типэлементов – треугольный, количество элементов – 218 733, количество узлов –50 060. С помощью инструментаInflation был смоделирован тонкийпристеночный слой среды, в котором скорость обтекания была равна нулю.Моделирование аэродинамического обтекания крыла было проведено спеременным временным шагом.
Такие параметры атмосферы как плотность,кинематическая вязкость и коэффициент теплопроводности были принятыстандартными в соответствии с [204].Для определения характера обтекания были рассчитаны числа Рейнольдсадля каждой рассматриваемой точки траектории [204, 205]. Расчеты показали, чтобольшей части траектории полета МКА ТК «Одуванчик» будет присущтурбулентный режим обтекания крыла (Таблица 2.3), что было учтено приконечно-элементном моделировании аэродинамического обтекания крыла.57Рис. 2.11.
Конечно-элементная модель половины крыла МКА ТК иобтекающей средыРис. 2.12. Граничные условия КЭ-модели аэродинамического обтекания58Типичные распределения температуры и давления по поверхности крылана участке спуска в атмосфере представлены на Рис. 2.13, а, б, а максимальныезначения тех же параметров на кромке крыла на Рис. 2.14, а, б.Таблица 2.3.Точки траектории, для которых проводилось моделированиеаэродинамического обтекания крыла МКА ТК.Времяполета τ,с01020304050607080…160170180190200210…8509101000Скоростьполета V,м/с1021929839750663579500427364…6207057928819671043…122115106Угол атакиα, град.000000353535…353535353535…888Высотаполета Н,м52 49061 76770 08377 44483 85089 30693 81197 36899 977…86 76480 84673 97866 16757 43647 873…4 0332 8151 000Re·10-5 Режим обтекания(л – ламинарный;т – турбулентный)1,90т0,61л0,2л0,06л……0,11л0,34л1,04т3,56т……250,1т261,94т289,73т59абРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
