Сихарулидзе Ю.Г. Баллистика и наведение летательных аппаратов (2-е изд., 2013) (1246775), страница 80
Текст из файла (страница 80)
Привыходе СН на курс запуска РН производится уточнение ожидаемой начальнойошибки по дальности ΔL0 на номинальный момент запуска (Δt0 = 0). ЕслиΔL0 > 0, то полет СН продолжается до указанного момента времени. В момент.Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»8.3. Концепция наведения с компенсацией начальных ошибок381Рис. 8.11. Потребные вариации тяги двигателя КРБ и сдвиг времени запуска РН длякомпенсации начальной ошибки по дальности без потерь массы полезной нагрузкивремени Δt0 = 0 фиксируется фактическая начальная ошибка по дальностиΔL0 > 0 и определяются параметры управления: сдвиг времени старта Δt0∗ > 0и потребная вариация тяги δ P̃ < 0, обеспечивающие выход в точку встречи наорбите без дополнительных потерь массы полезной нагрузки. В момент времениΔt0∗ осуществляется запуск РН.Если после выхода СН на курс запуска РН прогнозируемая на момент Δt0 = 0начальная ошибка по дальности ΔL0 < 0, то необходимо реализовать более раннийзапуск, т.
е. до номинального времени запуска. Решение о запуске должно приниматься за 5 ÷ 7 с до номинального времени запуска РН по прогнозируемой ошибкеначальной дальности ΔL0 (Δt0 = 0) < 0. Далее, на основе этой прогнозируемойошибки определяется момент более раннего запуска (Δt0∗ < 0) относительнономинального времени запуска, а также потребная вариация тяги двигателя КРБδ P̃ > 0.Такой алгоритм наведения с прогнозом ошибки по дальности может бытьреализован современной системой управления РН.Компенсация начальных ошибок посредством регулирования тяги КРБ представляет наибольший интерес по следующим причинам:• участок работы КРБ является последним на траектории выведения, что,в принципе, позволяет компенсировать не только начальные ошибки в точкезапуска, но и ошибки, накопленные на участках работы первой и второйступеней;• участок работы КРБ заканчивается выходом в точку встречи на орбите,поэтому ошибки исполнения требуемого управления меньше влияют наточность заданных терминальных параметров..Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»382Глава 8.
Динамика воздушного старта8.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ БЕЗОПАСНОГО РАССТОЯНИЯ ПРИ ВКЛЮЧЕНИИМАРШЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ ПЕРВОЙ СТУПЕНИ РНМаршевый двигатель первой ступени РН «Полет» НК-43М с компонентами топлива жидкий кислород и керосин имеет очень высокую надежность (на уровне 0.9989)и автономную систему управления, которая выключает двигатель в аварийныхситуациях. Тем не менее, должен быть рассмотрен маловероятный случай взрывадвигателя в момент его запуска. Это обусловлено наличием экипажа в СН.Концептуальная модель взрыва включает две фазы. Предполагается, что на первой фазе происходит взрыв двигателя, полностью залитого компонентами топлива,в момент раскрутки ротора турбонасосного агрегата от пусковой пиротурбины.Этот момент практически совпадает с моментом выдачи команды на включениедвигателя.
В результате взрыва двигателя и существенного повышения давленияв хвостовом отсеке происходит разрушение всей РН, а компоненты топлива,жидкий кислород и керосин, выбрасываются из баков в атмосферу, испаряютсяи перемешиваются. Образовавшаяся парогазовая смесь воспламеняется от взорвавшегося двигателя, после чего происходит взрыв основной массы топлива (втораяфаза).При взрыве РН возникают следующие поражающие факторы, действующие наСН [8.7]:• ударная волна, которая воздействует на конструкцию СН, «задувает» двигатели сзади и изменяет условия обтекания СН набегающим потоком воздуха;• осколки, которые могут разрушить конструкцию агрегатов, узлов и системСН;• радиационный и конвективный тепловые потоки.Наносимый ущерб СН существенно зависит от расстояния между взорвавшейсяРН и СН, т.
е. от времени включения маршевого двигателя с момента страгивания. Чтобы обеспечить безопасность СН в случае взрыва РН, время включениядолжно быть по возможности больше. Однако с увеличением времени включенияуменьшается масса выводимой полезной нагрузки. На рис. 8.12 показаны типичныезависимости относительного расстояния между СН и РН, а также изменения массыполезной нагрузки от времени включения двигателя для системы «Воздушныйстарт».
Поэтому необходимо найти компромиссное решение, которое обеспечиваетбезопасность СН при минимальной задержке включения маршевого двигателя с момента страгивания. По существу необходимо определить минимальное безопасноерасстояние между СН и РН, которое гарантирует сохранность СН и экипажав случае взрыва РН при включении маршевого двигателя первой ступени. Вопроссостоит в том, как определить это расстояние.8.4.1.
Модельная задача о движении РН в транспортно-пусковом контейнере.При выполнении маневра типа «Горка» и перехода к условиям квазиневесомостидлительность участка с нормальной перегрузкой 0.2 ± 0.1 меньше 10 с. Поэтомурасполагаемое время разгона РН с момента страгивания до выхода из СН не должнопревышать 2 ÷ 3 с, чтобы обеспечить безопасное разделение и приемлемые осевыенагрузки на СН и РН..Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»8.4. Определение безопасного расстояния при включении маршевого двигателя383Рис. 8.12.
Относительное расстояние и масса полезной нагрузки при изменении временивключения двигателя первой ступениВ случае разделения в условиях квазиневесомости можно при анализе движенияРН в транспортно-пусковом контейнере пренебречь силами тяжести и тренияРН по сравнению с выталкивающей силой порохового аккумулятора давления.Тогда единственной силой, которая приложена к РН, будет выталкивающая силапорохового аккумулятора давления. Оптимальный разгон РН обеспечивается приравноускоренном движении РН массой mLV под действием постоянной осевойперегрузки nLV , которая порождается постоянной осевой силой F. Такая же постоянная сила передается через узлы крепления транспортно-пускового контейнерак конструкции СН. Эта сила порождает постоянное осевое ускорение СН массойmCA .
В указанном случае время десантирования РН оказывается минимальным,а нагрузки на СН ограничены допустимыми величинами, если величина F выбранас учетом прочности узлов крепления к грузовому полу СН..Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»384Глава 8. Динамика воздушного стартаИз условияF = gnLV mLV = gnCA mCAможно найти перегрузку, которая действует на СН:nCA = nLVmLV.mCAЗдесь g — гравитационное ускорение.Рассмотрим относительное ускорение РН (по отношению к СН):gnrel = gnLV + gnCAилиgnrel = gnLVmΣ,mCAгдеmΣ = mLV + mCA— суммарная масса СН и РН, nrel = nLV + nCA — «перегрузка» РН в относительномдвижении (по отношению к СН).Относительное движение РН также является равноускоренным. Если tac —время движения РН в транспортно-пусковым контейнере, т. е.
внутри СН, тов момент выхода РН из СН относительная скорость (по отношению к СН) составитVrel (tac ) = gnrel tac ,(8.4.1)а пройденный путь будет примерно равен длине РН LLV , т. е.LLV =2gnrel tac.2Из последнего соотношения можно определить время разгона РН!2LLVtac =,gnrelили!tac =2LLV mCA.gnLV mΣ(8.4.2)Наконец, из соотношений (8.4.1) и (8.4.2) можно найти относительную скоростьвыхода РН:'mΣ.(8.4.3)Vrel (tac ) = 2LLV gnLVmCAИз соотношений (8.4.2) и (8.4.3) видно, что при заданной длине РН, ее массеи массе СН на момент разделения время движения РН в СН и скорость выходазависят только от осевой перегрузки РН nLV .В качестве примера рассмотрим следующие параметры РН и СН:• масса РН mLV = 102 т;• масса СН mCA = 230 т;• длина РН (или ее путь в транспортно-пусковом контейнере) LLV = 35.6 м..Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»8.4. Определение безопасного расстояния при включении маршевого двигателя385Рис.
8.13. Время разгона и скорость выхода РН из СННа рис. 8.13 показаны время разгона и скорость выхода РН из СН в зависимостиот осевой перегрузки. Если nLV = 1, тоF = 102 тс,tac = 2.2 с,Vrel (tac ) = 31.8 м/с.Такая перегрузка (nLV = 1) является оптимальной. Действительно, время разгона(2.2 с) находится в требуемом диапазоне (2 ÷ 3 с), относительная скорость выхода(31.8 м/с) обеспечивает достаточно энергичное разделение РН и СН.
Кроме того,для Ан-124-100 допустимая эксплуатационная нагрузка на узлы крепления составляет порядка 100 тс.Требуемое давление внутри транспортно-пускового контейнера на уровне1 кгс/см2 (105 Па) обеспечивается пороховым аккумулятором давления. Такой стартминометного типа аналогичен старту МБР из подводной лодки.В процессе разделения СН также получает дополнительный импульс земнойскорости в результате срабатывания порохового аккумулятора давления. Величина.Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»386Глава 8.
Динамика воздушного стартаимпульса скорости определяется условиемVCA =Ftac= 9.8 м/с.mCAСледовательно, скорость выхода РН относительно Земли составляет 22 м/с. Этавеличина определяет потери начальной скорости в точке страгивания вследствиетого, что РН выбрасывается против направления движения СН.8.4.2. Оценка мощности взрыва. Рассматриваются следующие модельныеусловия взрыва. Сферическое парогазовое облако, которое представляет собойоднородную перемешанную стехиометрическую смесь, находится на высоте 10 км,имеет начальную скорость 140 м/с под углом 3◦ к местному горизонту. Давлениеи температура внутри облака соответствуют стандартным значениям.Предполагается, что время диспергирования топлива и перемешивания дооднородной стехиометрической смеси составляет 0.5 с.
В течение этого времениисходная сфера тормозится и деформируется в атмосфере, а расстояние до СНувеличивается примерно на 35 м.Рассматривается двумерная нестационарная газодинамическая задача с детонацией, которая решается численным методом. При параметрическом анализеначальная масса топлива варьируется в диапазоне 10 ÷ 88 т.
Нижний пределсоответствует части топлива, а верхний предел соответствует всему топливу РН«Полет».Установлено, что качественная картина течения газов при взрыве парогазовойсмеси практически не зависит от ее массы, а на расстояниях свыше 200 м, которыепредставляют практический интерес, избыточное давление ударной волны почтине зависит от начальной температуры смеси.Через некоторое время после взрыва детонационная волна достигает границыоблака смеси. В атмосфере образуется ударная волна, по продуктам взрывараспространяется волна разрежения, а продукты взрыва отделены от атмосферноговоздуха контактным разрывом.В табл.
8.6 даны величины избыточного давления на фронте ударной волны дляразличных масс взорвавшегося топлива. Предполагается стехиометрическая смеськеросина с кислородом и не учитывается ее разброс в процессе взрыва [8.7].Таблица 8.6Избыточное давление на фронте ударной волны(начальная температура 223 K)Масса топлива, т1021.54088Расстояние от точки взрыва, м1000.310.550.921.781500.140.230.350.652000.090.130.200.342500.060.090.130.213000.040.070.090.154000.030.040.060.095000.020.030.040.06.Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»8.4.
Определение безопасного расстояния при включении маршевого двигателя387Если максимальное избыточное давление для СН Ан-124-100 равно0.06 кгс/см2 , то из таблицы получаем следующие допустимые расстояния призапуске двигателя первой ступени РН в зависимости от массы взорвавшегосятоплива:mpr , тx, м1025021.53504040088500На рис. 8.14 показано фактическое расстояние от центра взрыва до СН в тотмомент, когда ударная волна догоняет СН. Это расстояние включает начальное удаление СН примерно на 35 м за время образования парогазового облака (0.3 ÷ 0.5 с),а также удаление СН за время распространения ударной волны от центра взрывадо хвостовой части СН.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
