ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Особенности интегрирования уравнений движения из "Основы техники ракетного полета " Режим входа головной части баллистической ракеты или спускаемого космического аппарата в атмосферу представляет собой не только сложный, но даже трудно обозримый объект исследования. Здесь связаны в единый и почти неразделимый комплекс вопросы аэродинамики (причем в их наиболее сложной форме), динамики твердого тела, теплового режима, теплозащиты и уноса массы с поверхности тела. Совокупность воз-никаюнхих задач в полном обт.еме решить трудно. Поэтому па основе более или менее приемлемых допущений рассматриваются, как правило, ограниченные, локальные задачи, о специфике которых и возможных путях ренюния мы сейчас и поговорим. [c.330] Наиболее слож-ной и даже неопределенной является задача входа в атмосферу отделяющейся неуправляемой головной части баллистической ракеты. Корпус самой ракеты на прочность и на температурное воздействие не рассчитывается его судьба предрешена. Исключение представляет задача спасения бло ков ракет111-носителя. Но это — задача особая. [c.330] Головная часть или, как часто ее называют, боеголовка в принципе имеет довольно простую конструкцию. Это массивный жесткий контейнер конической или цилиндрической формы (рис. 7.16), внутри которого размещается боевой заряд, снабженный системой взрывателей. К контейнеру пристыкован конический стабилизатор. Это—подкрепленная шпангоутами оболочка. Внешняя поверхность всей конструкции покрыта теплозащитной изоляцией, Толщина которой меняется вдоль оси, уменьшаясь от носка к донному срезу. [c.330] После отделения головная часть, не снабженная системой ориентации, неопределенным образом вращается относительно центра масс. Характер движения целиком определяется импульсам, полученным головной частью при разделении. На нисходящем участке траектории, по мере нарастания скоростного напора, вращение замедляется и на некоторой высоте полета сменяется колебаниями относительно поперечных осей. [c.331] С увеличением скоростного напора увеличивается стабилизирующий момент, частота колебаний возрастает, одновременно растут демпфирующие моменты, и в конце концов головка стабилизируется и приближается к Земле, будучи ориентированной по потоку. [c.331] Начало и конец перечисленных фаз (вращение, колебания, полная стабилизация) зависят, конечно, от скорости входа в атмосферу н от запаса ста-тичсскои устойчивости головной части. [c.331] Естественно, методы расчета и средства, привлекаемые к анализу законов движения, зависят от того, какова цель расчета. Мы уже видели, что для ориентировочного определения полной дальности достаточно вообще продлить участок свободного полета дугой эллипса или даже прямой и не вникать в динамику торможения. Но для определения скорости и аэродинамических нагрузок, а затем и температур, необходимо вернуться к численному интегрированию. Поэтому первое приближение к истине мы получим, если откажемся пока от изучения процесса стабилизации и определим закон движения спускаемого аппарата как материальной точки, полагая, что его ориентация относительно потока каким-то образом обеспечена. [c.331] Принципиальная схема конструкции головной части / — боевой заряд, 2 — обшивка стабилизатора, 5 —шпангоуты, 4—лонная крышка. [c.331] Начальные условия, конечно, должны соответствовать параметрам траектории в точке С, в конце эллиптического участка, пересчитанные, как уже указывалось, для системы координат, связанной с Землей. [c.332] Описанная процедура численного интегрирования на участке входа в атмосферу будет относительно верной лишь для ориентированной по потоку головной части или спускаемого аппарата. Из расс.мотрения исключен процесс аэродинамической стабилизации. Между тем режим колебаний головной части в потоке приводит в среднем к увеличению лобового сопротивления в верхних слоях атмосферы. Возникающая периодически меняющаяся подъемная сила уводит головную часть от расчетной траектории, и увеличивается рассеивание. И наконец, в процессе стабилизации возникают наибольшие поперечные нагрузки, которыми определяется прочность конструкции. И эти вопросы нуждаются в дальнейшем обсуждении. [c.332] Оценки, проведенные по числу 81, показывают, что в самых верхних слоях атмосферы роль демпфирующего действия потока ничтожна и потому достаточно учитывать только статические составляющие аэродинамических моментов, а они определяются круговой продувкой модели. В конце процесса стабилизации демпфирующие моменты допустимо рассматривать как небольшие добавки к статическим моментам. [c.334] После того как выявлена специфика изменения аэродинамических моментов, можно приступить к численному интегрированию уравнений движения. Ясно, что оно должно проводиться с учетом шагового изменения угла атаки во времени. Если в какой-то момент (п угол атаки был ап, то в момент / +1 = / + он будет ап + Аа . Поэтому на каждом шаге надо вычислять новые значения стабилизирующих и демпфирующих моментов, зависящих от текущих значений угла атаки и угла скольжения. [c.334] Численное интегрирование уравнений движения в такой постановке наталкивается, однако, на затруднения чисто технического характера. Высокая частота возникающих угловых колебаний головной части вынуждает уменьшать шаг интегрирования до сотых и тысячных долей секунды, и интегрирование становится трудно выполнимым процессом даже для машин с самой высокой степенью быстродействия. Положение усугубляется ен1е и тем, что неопределенность начальных условий заставляет многократно производить расчеты для траекторий с различными начальными угловыми скоростями вращения головной части, что затягивает процесс вычисления во много раз. [c.334] Наиболее рациональными в настоящее время оказываются методы совместного использования как аналитических приемов, основанных на упрощающих предположениях о малости возмущений вблизи некоторой номинальной траектории, так и эффективных методов численного интегрирования. Большую роль играет моделирование самого процесса стабилизации в аэродинамических трубах. Применяются и полигонные стрельбы моделями. Наконец, наиболее достоверные данные по процессу стабилизации дают средства телеметрии при испытании натуры. [c.334] Накопленный к настоящему времени опыт проектирования и создания конструкций подобного рода позволяет специалистам более или менее достоверно определять нагрузки, возникающие в процессе стабилизации. Однако, несмотря на то, что задача в целом так или иначе решается, аэродинамическая стабилизация неуправляемой головной части во всех случаях, как уже было замечено, приводит к увеличению рассеивания и к повышению нагрузок на конструкцию головной части в целом. [c.334] Вернуться к основной статье