Сихарулидзе Ю.Г. Баллистика и наведение летательных аппаратов (2-е изд., 2013) (1246775), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Величина скорости случайного ветраможет достигать 40 м/с. Поэтому для каждой составляющей модели случайногоструйного ветра предполагается нормальный закон распределения с нулевымматематическим ожиданием и средним квадратичным отклонением σWi = 12 м/с.Примерно такая же величина принята для расчета траекторий выведения ракетносителей.Струйный ветер меняет параметры движения СН в точке начала маневра«Горка», главным образом путевую скорость (т. е.
горизонтальную составляющуюскорости СН относительно поверхности Земли), так как вертикальный маневрвыполняется в режиме стабилизации заданного курса (азимута пуска), а началоманевра «Горка» определяется моментом достижения заданной скорости приконтролируемой длительности участка «Разгон» (50 с). В случае боковой составляющей скорости ветра происходит параллельный снос СН, т. е. смещение плоскостидвижения относительно номинальной плоскости выведения РН.Вариации плотности атмосферы практически не влияют на точность маневра.Маневр выполняется на высотах 9 000 ÷ 10 500 м, где все вариации параметроватмосферы от стандартных значений малы.
Это обусловлено тем, что на высотах8 000 и 24 000 м расположены так называемые изопикнические точки, в которыхвариации параметров возмущенной атмосферы близки к нулю.Более важным фактором является то, что вертикальный маневр СН выполняетсяпо барометрической высоте. Поэтому при любых вариациях давления (а такжеплотности и температуры) вертикальный маневр СН автоматически адаптируетсяк одним и тем же условиям за счет изменения фактической высоты полета. Еслиатмосфера становится более разреженной, то абсолютная высота снижается, еслиболее плотной, то увеличивается.После завершения вертикального маневра и десантирования РН на некоторойбарометрической высоте фактическая начальная высота траектории движения РНнад принятой фигурой Земли будет зависеть от вариаций плотности (или давления)относительно стандартных значений.На высоте 10 000 м систематические (сезонно-широтные) вариации относительной плотности δρ = (ρ − ρst )/ρst достигают величин от −0.03 до −0.08(или от −3 до −8%) для широт ±(45◦ ÷ 60◦ ).
Здесь ρ — фактическая плотностьатмосферы, ρst — стандартная плотность. В приэкваториальной зоне в диапазонеширот ±30◦ сезонно-широтные вариации меньше 1%. Ошибка высоты Δh почтилинейна с изменением относительной плотности δρ. Градиент ошибки высоты повариации относительной плотности составляет ∂(Δh)/∂(δρ) = 80 м/% [8.5]..Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»8.2. Анализ возмущений на участке вертикального маневра369Известно, что случайные вариации плотности имеют такой же порядок величин,что и систематические.
Поэтому при воздушном старте РН на средних широтахсеверного или южного полушарий ошибка по высоте может достигать порядка1 000 м, причем в отрицательную сторону, так как систематические вариацииплотности отрицательны. При воздушном старте в зоне экватора ошибка по высотеменьше 100 м. Начальная ошибка РН по высоте должна быть компенсирована наактивном участке за счет увеличения гарантийных запасов топлива.8.2.4. Вариации начальной массы СН. Основной причиной отклонения фактической массы СН от номинальной величины (330 т в проекте «Воздушный старт»)в точке начала маневра является случайный струйный ветер по маршруту полета.Изменение заправки СН топливом для компенсации действия известного ветраопределяется соотношениемMcons (TW )/Mcons (T)ΔMprop = Mprop−1 .1 + Wav /V (L)Здесь Mprop — расход топлива на траектории полета без ветра, Mcons — среднийчасовой расход топлива, TW — время полета при наличии ветра, T — время полетабез ветра, Wav — средняя эффективная скорость ветра по маршруту полета, V (L) —средняя путевая скорость на дальности L.
При отсутствии ветра средняя путеваяскорость полета самолета Ан-124-100 от взлета до посадки меняется от 420 до720 км/ч при увеличении дальности от 400 до 3 500 км. Средний расход топливауменьшается от 17.5 до 12.5 т/ч при увеличении времени полета от 1 до 8 ч.Верхняя часть графиков на рис.
8.8 показывает потребное увеличение заправкиСН топливом (ΔMprop > 0) и соответствующее увеличение взлетной массы СНв зависимости от дальности полета L и средней скорости встречного ветра Wav < 0.В случае попутного ветра (Wav > 0) топливо экономится, т. е. ΔMprop < 0.Величину экономии топлива иллюстрируют нижние графики на рис. 8.8. Прислучайном попутном ветре масса СН в точке запуска РН будет больше на величинусэкономленного топлива [8.5].СН должен прибыть в точку начала маневра в назначенное время и приэтом иметь массу 330 т. Для удовлетворения указанным требованиям возможноизменение массы заправляемого топлива, коррекция времени вылета СН с аэродрома пуска, проведение маневров по маршруту перелета с целью расхода топливаи времени и др.При максимальной допустимой взлетной массе MCA = 392 т средний встречный ветер Wav = −36 м/с уменьшает максимальную дальность полета (4 000 км)на 700 км. При этом расход топлива на преодоление указанного встречного ветрасоставляет около 11 т (рис.
8.8). Если случайный ветер отсутствует (Wav = 0), тов момент достижения указанной дальности, т. е. в точке начала маневра, масса СНбудет на 11 т превышать номинальную величину. Если случайный ветер окажетсяпопутным, причем максимально возможным (Wav = +36 м/с), то в точке началаманевра на дальности 3 300 км масса СН увеличится еще на 8 т за счет экономиитоплива (рис. 8.8)..Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»370Глава 8. Динамика воздушного стартаРис.
8.8. Потребное топливо для компенсации действия ветраНа основе полученных оценок можно построить модель начальных вариациймассы СН для статистического моделирования: нормальное распределение, математическое ожидание 10 т, среднее квадратичное отклонение 3.3 т.С помощью математического моделирования можно показать, что вариациипараметров движения СН вследствие вариации его массы в точке начала вертикального маневра малы и несущественно влияют на выводимую полезнуюнагрузку. Однако струйный ветер, который порождает вариацию массы СН, самоказывает более существенное воздействие на массу выводимой полезной нагрузки(до 2 ÷ 3%).8.2.5.
Оценка параметров движения в точке страгивания. Построенная комплексная модель возмущений для участка вертикального маневра СН с цельюдесантирования РН включает атмосферные возмущения (порыв ветра, струйныйветер, вариации плотности), ошибки параметров движения в точке начала вертикального маневра и отклонение начальной массы СН от номинальной величины.Чтобы не усложнять модель, не учтено снижение тяговых характеристик СН в случае превышения температуры над стандартной.
Сами случайные вариации темпе-.Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»8.2. Анализ возмущений на участке вертикального маневра371ратуры относительно некоторых средних сезонно-широтных величин невелики изза близости высоты старта к нижней изопикнической точке, которая расположенана высоте около 8 км. Поэтому влияние температуры атмосферы, обусловленноеширотой места старта, на тяговые характеристики СН имеет систематическийхарактер, а не случайный. При необходимости снижение тяги двигателей СН изза более высокой температуры атмосферы может быть компенсировано, например,с помощью дополнительных разгонных твердотопливных ракетных двигателей,которые должны включаться только на участке вертикального маневра.Стохастическая модель позволяет оценить выполнимость заданных для СН эксплуатационных ограничений (по перегрузке, углу атаки и др.), а также определитьвозможные начальные ошибки движения РН при воздушном старте.Оказалось, что вертикальный порыв ветра на участке «Горка» порождаетугол атаки, который на ∼ 3◦ превышает допустимый угол атаки αadm .
Однакотакое событие является маловероятным и его длительность оказывается меньшедлительности порыва (2 с). При этом ограничение по эксплуатационной перегрузке(ny oper = 2) не нарушается. Если необходимо гарантированно выполнить ограничение по допустимому углу атаки, то следует выполнять маневр «Горка» с меньшимуглом наклона траектории, что приводит к потере 3% массы полезной нагрузки,выводимой на низкую околоземную орбиту.Моделирование движения СН на участке «Разгон» в ручном режиме, проведенное летчиками-испытателями на пилотажном стенде самолета Ан-124, показаловозможность достижения следующей точности параметров движения в начальнойточке участка «Горка» [8.5]:• время Δt = ±1.5 с;• земная скорость ΔV = ±6 м/с;• угол наклона траектории Δθ = ±1◦ ;• высота (барометрическая) Δh = ±180 м;• дальность ΔL = ±450 м.Модель возмущений включает также ошибку начальной массы СН, случайныйструйный ветер и дискретный порыв ветра.
Номинальная масса СН увеличенас 330 до 340 т с учетом струйного ветра и модели массы. Соответственно измененаноминальная траектория.Источники ошибок и порождаемые мажоритарные предельные (±3σ) ошибкипараметров движения СН в точке страгивания (начала движения РН) приведеныв табл. 8.4. Суммарные ошибки вычислены в предположении независимости трехсоставляющих. При необходимости ошибки по времени и дальности в точкестрагивания могут быть компенсированы на активном участке РН (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
