Варфоломеев В.И., Копытов М.И., Проектирование и испытания баллистиеских ракет (1049210), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Анализ параметров ракет с РДТТ при различных пере- расширениях сопел показывает, что: — зависимости те— - то(р,) при неизменных Ь и т, и зависимости Е=Ь(р«) при неизменных то н т„имеют в района» оптимумов пологий характер; — наивыгоднейшие значения давления р, зависят в основном от диапазона высот работы двигателя н находятся в пределах (табл. 1.4): для первых ступеней ракет р„ =0,5 — 0,75 бар; для вторых ступеней ракет р,з†- 0,20 — 0,35 бар; для третьих ступеней ракет р,з-— 0,10 — 0,18 бар. Указанные значения р,~ отвечают случаям движения ракет на активном участке но типовым программам.
Когда программа движения проектируемой ракеты сильно отличается от типовой, в качестве первого приближения значение р, для каждой ступени может приниматься равным р„=р„, + (0,05 —;0,10) бар. (4.94) Предельно возможное перерасширеиие сопел, двигателей ограничивается величиной диаметров ступеней. Вполне очевидно, что поворотные сопла могут иметь меньшее перерасширение, чем неподвижные. 2. Выбор давления в камере сгорания При повышении давления в камере сгорания непрерывно увеличивается удельная тяга РДТТ.
Но с повышением давления в камере растет масса конструкции двигателя (увеличивается коэффициент конструкции двигателя ад~), так как потребная толщина несущей оболочки камеры сгорания РДТТ прямо пропорциональна давлению р,. В итоге давление в камере сгорания РДТТ так же, как давление в камере сгорания )КРД, выгодно повышать лишь до определенных значений.
Обоснованный выбор давлений р„ в двигателях ступеней обычно требует прямых расчетов и последующего анализа параметров ракет при различных значениях р„. Приближенно наивыгоднейшие значения р„могут оцениваться также путем аналитического решения экстремальных задач. Исследования показывают, что давления р„, отвечающие минимуму стартовой массы ракеты при заданных Е и и„„, зависят в основном от свойств 'топлива, качества конструкционных материалов для РДТТ, относительных длин зарядов и находятся в пределах (табл. !.4): для первых ступеней ракет р„, =50 †бар; для вторых ступеней ракет р„з — — 30 — 60 бар; для третьих ступеней ракет р„а=80 †бар. Наличие закономерности (Рм)опт ) (Рю)опт ) (Рю)опт ббъясняется увеличением перерасширений сопел двигателей и уменьшением относительных длин зарядов у верхних ступеней по сравнению с нижними.
В качестве примера на рис. 4.22 представлены данные по расчету трехступенчатой ракеты при различных значениях давления р„в двигателях ступеней. Кривые рисунка характеризуют зависимость приращений скорости на активных участках ступеней (Лр„ь Лр„в Л'кБз) от давления р„при условии, что массы ступеней и общая масса ракеты лтм сохраняются неизменнымн, а двигатели изготавливают из сталей с пределом прочности а,=!60 ° 10' и!м' или 171 айии200 $0т и/ма. Относительные длиныг зарядов и давления ' и ~ приняты равными: 7,',-,4;, 7„=З; .4 .-.ТД ,З т='0,6; 'Р„= 0,2; Р~н — — '0,2. Обращает.иа себя внимание тот факт, что наивыгоднейшие давления ри для РДТТ по величине тйеиьше, чем наины« ' 40из м(сел 6 Миха м(сек 0000 0000 й "кн аг/ил У000 х060 4700 40 00 60 т0 00 00 !00 райар Э Рис. 4.22.
Зависимости приращений скорости на активных участках ступеней ракеты с РДТТ от давления в камере сгорания годнейшие давления ри для ЖРД,:Причина этого заключается в том, что масса конструкции. РДТТ растет при увеличении ри значительно сильнее, чем масса конструкции ЖРД. Наряду с удельной тягой и массой конструкции двигателя' с ростом давления ри меняется скорость горения заряда„'поэтому меняются тяга двигателя и тяговооруженность субракеты. Представление о том, как тяговооружеииости субракет могут меняться при повышении ри у трехступенчатых ракет, дает рис. 4.23. Кривые Хг Хг(ри) э~ого рисунка отвечают 172 условйю, что 1,~, р,г, массы отдельных ступеней и общая масса ракеты Прй варьировании 'давяйнием ри сохраняются неизменными.
На рируннй 'показано также изменение прира- ' щения скоростей ступейей у этой ракеты.' Поскольку для каждой ступени существует нанвыгоднейШая тяГОВООружЕННОСтЬ,.тО Прн ВЫбОрЕ даВЛЕНИя ри ИНОГда а "ко, «г'сен гвоо лт «/сая оооо гвоо гооо лч„„ гООО тово ГВОО ео во оо то во оо гоо р„,бго Рнс. 4.23.
Зависимости приращений скорости на активных участках ступеней ракеты с РДТТ и тяго- вооруженностей субракет от каваенмя в камере сго-' рания ! приходится учитывать также влияние йтого давления на тяговооруженность ступеней ракеты. В ЦЕЛОМ ЗадаЧа ВЫбОра даВЛЕННя рве дЛя'СтуПЕНЕй РДТТ . облегчается тем, что зависимости'Ь'гят от р„г' при неизменных массах ступеней имеют й районах оптимумов пологий характер, поэтому.
небольшие откленения р„г от (раг)опт незначительно сказываются на,параметрах ракеты. $4Д. ВЫБОР ОТНОСИТЙЛЪНЫХ РАЗМЕРОВ КОРПУСА РАКЕТЫ С )КРД Масса одноступенчатой ракеты или многоступенчатой, выполненной в одном калибре, приближенно равна лззз = 4 Рср1рззю, 1р где ! = — — относительная длина ракеты; сзмс Р,р — средняя !приведенная) плотность заправленной ракеты, вычисленная в предположении, что ракета представляет собой цилиндр длиной 1р и диаметром основания дмь Средняя плотность р,р зависит в основном от состава топлива и относительной длины ракеты. Для ракет с топливами на основе азотной кислоты и четырехокиси азота при !р — — 8,5 — 13 средняя плотность рср=790 †8 кг/зсз, а ракеты с кислородными топливами при 1Р=8 †!2 имеют р,р=.
=880 — 650 кг7сиз. С ростом !р средняя плотность ракеты несколько увеличивается, так как уменьшается влияние заострения головной части на отличие реальной формы ракеты от цилиндра. Для многоступенчатой ракеты с разными диаметрами ступеней можно ввести относительную длину ступени ст 4 !рсмс — мссыс! (4.98) 1 з ммм1Рс где , — средняя плотность ступени. г!' ри проектировании ракет можно в качестве проектных параметров выбирать относительную длину или диаметр ракеты. При выбранной величине !р проектный параметр Р„, определяется из формулы (1.15).
Если выбран диаметр ракеты, то величина параметра Р 1 рассчитывается по формуле (!.14), а относительная длина ракеты — по формуле 1Р з (4.97) мс1м1Рср Чтобы обоснованно выбрать относительные длины и диаметры ступеней ракеты, необходимо знать их влияние на конструктивно-баллистические, эксплуатационные и производственно-экономические свойства самой ракеты, а также на аналогичные свойства других элементов ракетного комцлекса. В частности, необходимо учитывать, что: — умсньшение диаметров ступеней ракеты возможно лишь до предела, обеспечивающего размещение двигателей; когда разгонные двигатели выполняются поворотными, требуется корпус болыпего диаметра; 174 — с уменьшением диаметра растет параметр Рш и уменьшаются потери скорости ракеты на преодоление сопротивления воздуха; — уменьшение диаметра нижней ступени создает более благоприятные условии для выполнения верхних ступеней в одинаковом калибре с нижней ступенью; выполнение ступеней ракеты в одном калибре позволяет сократить и удешрвить заводскую оснастку, а также упростить транспортировочные и такелажные сродства; — уменьшение диаметров ступеней ракеты позволяет ис-, пользовать на верхних ступенях топливные баки наиболее выгодных форм и исключить надобность в дополнительных переходниках'между корпусом верхней ступени и боевой ча- .
стью, влечет уменьшение размеров и массы двищ бакон и других поперечных перегородок, а также благоприятствует более полному заполнению внутреннего объема корпуса ракеты оборудованием; однако увеличение относительной длины ракеты снижает изгибную жесткость корпуса и может потребовать дго упрочнения, в связи с чем уменьшение диаметров ступеней не всегда сопровождается заметным уменьшением массы, конструкции ракеты; — наибольшие возможные диаметры ступеней ограничиваются условиями транспортировки ракеты; чтобы ракеты можно было транспортировать по железной дороге, ее ступени (блоки) должны вписываться в габариты железнодорожных вагонов; если предусматривается транспортировка ракеты воздухом, при выборе диаметров ступеней учитываются реальные возможности транспортных самолетов и вертолетов; при транспортировке водным путем должны учитываться возможносги морских и речных судов; — при окончательном выборе диаметров ступеней ракеты необходимо учитывать готовую заводскую оснастку, которая использовалась для изготовления корпусов предшествующих ракет; зто значительно снизит расходы на развертывание производства новой ракеты.
Учитывая все перечисленные факторы, двухступенчатые ракеты с ЖРД выполняются обычно в одном калибре. Диаметр корпуса находится из условия размещения двигателя первой ступени, относительная длина ракет 1р — — 8,5 — 11,0. Одноступенчатые' ракеты с ЖРД имеют относительную длину 1р —— = 10 — 14: Пример.
Проектируется двухступенчатая ракета с двигателями, испольэуюгдимн топливную пару «ХаОа + аэроаинэ. Опенить размеры и паРаметР Рч1 Ракеты пРи Условии, что она выполнЯетсЯ в одном калибре, имеет стартовую массу тщ-50200 кг и относительную длину ! =1О. РЕШЕНИЕ, СРЕДНЯЯ Илстасотя.таЯОФРакатМ Р,в 800 Кг1МВ, Псатаит ее диаметр о,и абсодкттиая ддииа.1в и, иардметр Р... соотаетствеиво одра ' давится так П ~, ~ 4~~о~ ) а,, ( 4га0200 )- к'аРср ' "'1 '000 2) )в=4Ф, =2'Ю 20ян 3) Рв, = Ли~)врсв = 2.10 300 = 10000 ~1 в' й 4.0.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
