Сихарулидзе Ю.Г. Баллистика и наведение летательных аппаратов (3-е изд., 2015) (1246992), страница 72
Текст из файла (страница 72)
Комплекс«Воздушный старт» включает тяжелый грузовой самолет Ан-124-100 в качестве летающего стартового стола, двухступенчатую жидкостную ракету-носитель «Полет»с космическим разгонным блоком (КРБ), а также транспортно-пусковой контейнер.В качестве маршевого двигателя первой ступени используется модифицированныйЖРД НК-43М. Вторая ступень является модифицированным блоком «И», которыйразработан для ракеты-носителя «Союз-2». Маршевым двигателем КРБ являетсяЖРД РД0158, разработанный на основе существующих двигателей.
Используетсятакже готовая система управления ракеты-носителя «Союз-2». В качестве компонентов топлива используются только жидкий кислород и керосин, что обеспечиваетэкологическую безопасность.Таблица 8.1Основные характеристики самолета-носителяАн-124-100 [8.4]ХарактеристикаВеличинаМаксимальная взлетная масса, тСухая масса (без топлива, РН и ее систем), тМаксимальная дальность полета, км— с незаправленной РН— с заправленной РНДиапазон крейсерских скоростей, км/чВоздушная скорость в момент десантирования РН, км/чВысота десантирования, мУгол наклона траектории в момент десантирования, градВертикальная перегрузка при десантированииСуммарная масса РН и ее систем на борту СН, т— РН— системы РН на борту СНГабариты грузовой кабины, м— длина— ширина— высота39217790004000720 ÷ 80070010 00024 ÷ 260.1 ÷ 0.31201002036.56.44.4СН Ан-124-100 дорабатывается для перевозки на борту РН, систем подготовкизапуска и другого оборудования.
Он доставляет РН к месту старта и способенвылететь с любого аэродрома, имеющего соответствующие средства подготовкизапуска РН и взлетно-посадочную полосу длиной не менее чем 3 000 м.356Глава 8. Динамика воздушного стартаТаблица 8.2Основные характеристики ракеты-носителя«Полет» с КРБ [8.4]12ХарактеристикаВеличинаНачальная масса, тГрузоподъемность, тна промежуточную круговую орбиту высотой 200 км:— с наклонением 90◦— с наклонением 0◦на высокую эллиптическую орбиту и ГПО1на ГСО2Компоненты топливаПараметры двигательной установки РН:Первая ступень— двигатель— номинальная тяга в вакууме, тс— пустотная удельная тяга, сВторая ступень— двигатель— номинальная тяга, тс— пустотная удельная тяга, сКосмический разгонный блок— двигатель— номинальная тяга, тс— пустотная удельная тяга, сдо 1023.03.9до 1.7до 0.8O2 + керосинНК-43M179.2346РД012430359РД01583.0360Геопереходная орбита.Геостационарная орбита.СН с заправленной РН на борту способен достичь любого места старта наудалении до 4 000 км.
Системы подготовки запуска и бортовое оборудованиепредназначены для выполнения следующих функций:• заправка РН топливом и газами, а также слив компонентов топлива в аварийной ситуации;• размещение РН в грузовой кабине и ее десантирование из СН;• передача в центр контроля полета параметров состояния РН и СН вместес телеметрической информацией о полете РН и т. д.Основные характеристики СН Ан-124-100 даны в табл. 8.1 [8.4].Двухступенчатая РН «Полет» с КРБ и полезной нагрузкой размещена в транспортно-пусковом контейнере на опорно-ведущих поясах, а сам контейнер находится в грузовой кабине СН Ан-124-100.
СН может доставить РН в любое требуемоеместо старта над океаном или сушей.После того как СН достигает места старта, РН десантируется в заранееустановленное время. Пороховой аккумулятор давления в транспортно-пусковомконтейнере обеспечивает выталкивание РН со скоростью около 30 м/с относительно СН, что позволяет РН отстать от СН на безопасное расстояние к моментувключения маршевого двигателя первой ступени.8.2. Анализ возмущений на участке вертикального маневра357После окончания работы ускорителя первой ступени включается вторая ступень, а затем и КРБ расходует часть своего топлива для выхода на промежуточнуюорбиту.
За счет второго включения двигателя КБР полезная нагрузка выводится назаданную орбиту. В некоторых случаях, когда высота заданной орбиты слишкомвелика (например, геостационарная орбита), может потребоваться три включениядвигателя КРБ: для выхода на промежуточную орбиту, для выхода на орбитуперелета и для выхода на конечную (заданную) орбиту. Основные параметры РН«Полет» с КРБ приведены в табл. 8.2 [8.4].8.2.
АНАЛИЗ ВОЗМУЩЕНИЙ НА УЧАСТКЕ ВЕРТИКАЛЬНОГО МАНЕВРАПодвижный стартовый стол может порождать начальные ошибки по положениюи времени старта РН, которые могут оказаться критичными, например, в случаевстречи РН с «сотрудничающим» объектом на орбите в конце активного участка.Для оценки начальных ошибок применительно к проекту «Воздушный старт»,который рассматривается в качестве примера, необходима стохастическая модельвозмущений, действующих на участке предстартового вертикального маневра. Этотучасток состоит из следующих фаз: «Разгон», «Горка», «Перегрузка» и «Разделение» (рис. 8.1). Указанный маневр обеспечивает условия квазиневесомостис нормальной перегрузкой ny = 0.2 ± 0.1, которая необходима для безопасногодесантирования РН массой больше 100 т через заднюю дверь СН под действиемгазов порохового аккумулятора давления.Фаза «Разгон» необходима для увеличения кинетической энергии СН и заканчивается в момент достижения максимальной допустимой скорости.
Управление осуществляется в ручном режиме, причем необходимо выдержать заданнуюдлительность этого участка (50 с). Затем следует участок «Горка» длительностьюпорядка 20 с для увеличения угла наклона траектории СН и создания условийквазиневесомости (фаза «Перегрузка») в течение, примерно, 6 с. Наконец, наступает фаза «Разделение», которая занимает менее 3 с, после чего РН отделяется отСН. Управление на фазах «Горка», «Перегрузка» и «Разделение» осуществляетсяв автоматическом режиме.Ошибка положения включает три составляющие: по дальности (в плоскостивыведения), боку и по высоте. Ошибки по боковой дальности и высоте могутбыть компенсированы без особых проблем и поэтому они не рассматриваются.Наиболее существенными для задачи прямого выведения РН в точку встречи наорбите являются начальные ошибки по дальности и времени.8.2.1.
Стандартный порыв ветра. По требованию норм летной годности гражданских транспортных самолетов, при анализе динамического нагружения самолета в процессе полета в неспокойном воздухе следует рассматривать действиеоднократного вертикального (восходящего или нисходящего) порыва с линейнымучастком нарастания интенсивности (рис.
8.2 а). Рекомендуемая длина участкаL ≥ 30 м. Значение максимальной интенсивности порыва зависит от высоты полетаи категории самолета [8.5].Рис. 8.1. Схема вертикального маневра СН при десантировании РН8.2. Анализ возмущений на участке вертикального маневра359Рассматривается также другая форма порыва ветра. Считается, что на горизонтально летящий самолет раздельно воздействует симметричный вертикальныйвосходящий (нисходящий) однократный порыв.
Форма порыва принимается в видеWds πs W (s) =1 − cosдля 0 ≤ s ≤ 2L,(8.2.1)2Lгде s — расстояние, пройденное в порыве, Wds — расчетная скорость порыва, L —градиентный участок порыва. Форма порыва (8.2.1) показана на рис. 8.2 б.Установлены нормативные порывы ветра для анализа устойчивости и управляемости самолета Ан-124-100. На крейсерских режимах полета, а также на режимахнабора высоты и снижения по маршруту должен обеспечиваться такой запас поуглу атаки до допустимого значения αadm , который соответствует приращению углаатаки от мгновенного входа самолета в восходящий порыв ветра с индикаторнойскоростью9 м/с для 0 ≤ h ≤ 7 км,Wi =(8.2.2)9 м/с − 0.5 м/скм (h − 7 км) для h > 7 км,но во всех случаях Wi ≥ 6.5 м/с.
(Индикаторная скорость равна воздушнойскорости, умноженной на корень квадратный из отношения плотности атмосферына текущей высоте к плотности на уровне моря.) Из (8.2.2) следует, что должновыполняться условиеРис. 8.2. Стандартная и модельная формы порывов ветра: а) непрерывный порыв с линейным участком нарастания интенсивности, б) косинусоидальный порыв, в) непрерывныйпорыв с мгновенным нарастанием интенсивности, г) ступенчатый дискретный порыв360Глава 8. Динамика воздушного стартаαhf +Wi× 57.3◦ ≤ αadm .ViЗдесь αhf — угол атаки (град) в горизонтальном прямолинейном полете, Vi —скорость горизонтального прямолинейного полета.
Модель восходящего вертикального порыва для анализа устойчивости и управляемости самолета показанана рис. 8.2 в. Для самолета Ан-124-100 с убранной механизацией крыла значениядопустимых углов атаки на различных числах Маха приведены в табл. 8.3.Таблица 8.3Допустимые углы атаки для самолета Ан-124-100Число М0.200.400.600.700.750.770.80αadm , град12.212.011.711.69.68.87.7Представление атмосферной турбулентности базируется на условных схемах,среди которых наиболее распространенными являются схемы непрерывной турбулентности и дискретных порывов. Для определения действующих на конструкциюЛА нагрузок используются данные о средней повторяемости на 1 км эффективныхиндикаторных скоростей вертикальных воздушных порывов Weff . Кумулятивнаяповторяемость эффективной индикаторной скорости вертикальных порывов Weff на1 км траектории полета для разных высот показана на рис. 8.3.
Схема нарастанияпорыва приведена на рис. 8.2 a.Рекомендуемая для анализа устойчивости и управляемости самолета Ан124-100 скорость мгновенного восходящего порыва на высоте 10 км достигаетWi = 7.5 м/с согласно условию (8.2.2). Поэтому кумулятивная повторяемостьтакого порыва составляетF(Weff = 7.5 м/с, h = 10 км) = 8 × 10−7 км−1(8.2.3)с учетом зависимостей, приведенных на рис. 8.3.В ракетной технике используются свои нормативы, описывающие возмущенную атмосферу. Для расчета траектории движения РН участке выведения пристарте с поверхности Земли обычно задаются нормированные статистическиехарактеристики скорости горизонтального ветра в месте запуска (космодромыБайконур, Плесецк и др.). Вертикальные порывы ветра не рассматриваются.Вертикальный маневр, совершаемый СН Ан-124-100 для создания условийквазиневесомости, является специфическим, нетипичным маневром для самолетовтакого класса и поэтому требует специального рассмотрения.При оценке эффективности воздействия порывов на СН в процессе вертикального маневра следует учитывать не только возникающую нормальную перегрузкуи изменение угла атаки, но также возможные отклонения параметров движения отноминальных значений в точке страгивания РН (т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
