Продольная устойчивость ракеты

Прежде чем приступить к рассмотрению различных аспектов проблемы продольной устойчивости ракет, целесообразно остановиться на кратком описании некоторых экспериментальных фактов и физической картине явления. [c.4]

Типичная картина потери продольной устойчивости ракеты. [c.5]

Рис. 1. Типичные данные телеметрической информации при потере продольной устойчивости ракеты Сатурн-5 (пуск А5-502)

Механизм потери продольной устойчивости. Конструкция ракеты представляет собой упругую механическую систему, в которой нод действием возмущающих сил возникают разнообразные формы механических колебаний. При решении задачи продольной устойчивости ракет определяющую роль играют продольные колебания корпуса. При реализации этих форм колебаний ракета деформируется вдоль продольной оси. На рис. 3 показаны схема ракеты и распределение вдоль ее оси значений коэффициента одной из возможных форм продольных колебаний. (Под коэффициентом формы колебаний произвольного сечения принято понимать безразмерное число, равное отношению смещения сечения относительно положения равновесия к смещению некоторого фиксированного сечения, например носка изделия.) При реализации изображенной на рис. 3, б формы колебаний носовая и хвостовая части ракеты движутся в противоположные стороны. Что же касается направления движения днищ баков первой ступени, то они в рассматриваемом случае совпадают. Переменная составляющая ускорений нижних точек топливоподающих трактов и днищ баков, возникающая при продольных колебаниях корпуса, вызывает периодическое изменение давления компонентов на входе в двигатель. Это приводит к колебанию тяги двигателей, приложенной к корпусу. Если динамические свойства топливоподающих трактов и двигателя таковы, что всякий раз, когда конструкция ракеты сживается, тяга двигателя возрастает (а при растяжении падает), то за период колебаний будет совершаться положительная работа. [c.7]

Таким образом, потере продольной устойчивости ракеты способствуют возрастание коэффициента усиления, связывающего ко [c.8]

Условие совпадения значений собственных частот колебаний жидкости в топливоподающем тракте и корпуса ракеты играет в силу этого роль фактора, наиболее сильно влияющего на продольную устойчивость ракеты. [c.10]

Описанная модель дает простое и наглядное объяснение такой характерной особенности явления, какой является возникновение продольной неустойчивости на ограниченном интервале времени полета. Она же показывает, что для достижения продольной устойчивости ракеты достаточно обеспечить существенное различие значении собственной частоты колебаний жидкости в топливоподающем тракте и корпуса ракеты в течение всего времени полета . [c.10]

ПРОДОЛЬНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ РАКЕТЫ [c.11]

Различные способы описания модели. Существует несколько способов использования математической модели (1.2.1) в задачах исследования продольной устойчивости ракет. Приведем краткое описание основных. [c.18]

При потере продольной устойчивости ракеты ЖРД играет роль источника энергии колебаний. Помимо этого насосы окислителя и горючего, входящие в состав двигателя, формируют граничные условия на концах топливоподающих трактов ракеты. Конкретный Бид этих граничных условий влияет на значение собственных частот колебаний жидкости в топливоподающем тракте ракеты и тем самым на ее продольную устойчивость . Достаточно полная информация о динамических свойствах ЖРД по каналам давление на входе в насосы — расходы компонентов, поступающих в них п давление на входе в насосы — тяга двигателя является в силу [c.22]

В задачах продольной устойчивости ракет используются данные по низкочастотной динамике ЖРД. [c.23]

Вопросам низкочастотной динамики ЖРД посвящена довольно обширная журнальная литература и несколько монографий [48, 53], в том числе работа [16], наиболее полно отражающая последние достижения в этой области. В этом разделе изложены в основном только те факты теории низкочастотной динамики ЖРД, знание которых необходимо при исследовании продольной устойчивости ракеты. [c.23]

Рис. 1. 10. Примеры амплитудно-частотных характеристик ЖРД, используемых в расчетах продольной устойчивости ракеты (по данным работы [16])

ПРОДОЛЬНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ РАКЕТЫ С ТОПЛИВОПОДАЮЩИМ ТРАКТОМ, СОДЕРЖАЩИМ СОСРЕДОТОЧЕННУЮ УПРУГОСТЬ [c.35]

Рис. 1.12. Расчетная схема продольной устойчивости ракеты

Динамические характеристики ЖРД были описаны в третьем разделе этой главы. Там же была кратко изложена предложенная в работе [16] методика расчета частотных характеристик ЖРД, предназначенных для исследования продольной устойчивости ракет. [c.49]

Практически во всех публикациях, посвященных описанию наблюдавшихся случаев потери продольной устойчивости ракет, отмечается существенная роль кавитационных явлений в насосах [80]. [c.56]

К конструктивным параметрам топливоподающего тракта, оказывающим влияние на продольную устойчивость ракеты, помимо толщины стенок труб относятся конфигурация топливоподающего тракта, способ и место его крепления к корпусу, а также динамические свойства различных дополнительных элементов, типы сосредоточенных упругостей и сопротивлений, сильфонов и коллекторов [40, 42, 89, 114]. [c.76]

Основное внимание в этом разделе будет уделено специфическим особенностям задач динамики трубопровода, возникающим при исследовании продольной устойчивости ракет. Формулам и расчетным соотношениям будет при этом придана форма, соответствующая общему плану последующих разделов, а алгоритмам [c.76]

Для задач продольной устойчивости ракет удобно использовать частотные характеристики трубопроводов. Последние, в частности, изучались в работах [15, 19, 20, 38, 40, 42, 96, 98]. [c.77]

Уравнения колебаний жидкости в ускоренно движущихся трубах. Потеря продольной устойчивости ракеты сопровождается механическими колебаниями трубопроводов. Абсолютную скорость жидкости в трубе удобно в связи с этим представлять в виде суммы двух составляющих относительной (относительно стенок трубы) и переносной, обусловленной перемещением трубы. В свою очередь перемещение трубы складывается из ее движения как целого и деформации ее осевой линии. Для того чтобы существенно уменьшить этот вид деформации, в трубопроводах предусматриваются специальные элементы [95] — сильфоны. Последнее позволяет в рассматриваемом классе задач пренебречь деформацией осевой линии трубопровода и рассматривать его движение как движение некоторого жесткого тела . [c.77]

Из анализа уравнения (1.7.39) следует, что первый тон собственной частоты колебаний жидкости заключен в интервале, нижняя граница которого равна (Оо, а верхняя определяется формулой (1.7.38). Что же касается границ продольной устойчивости ракеты, динамика топливоподающего тракта которой описывается уравнеииями (1.4.33), (1.7.32) — (1.7.35), то в качественном плане они [c.88]

В области высоких частот подробный учет особенностей конфигурации топливоподающего тракта приводит к появлению дополнительных резонансных максимумов. В области низких частот для типичных конфигураций ракетных трубопроводов это не наблюдается, так как топливоподающий тракт обычно содержит длинный вертикальный участок основной трубы, который в основном и определяет значение первого наиболее низкого тона колебаний (влияние всех остальных элементов топливоподающего тракта на этот тон колебаний сводится к некоторым количественным поправкам). Поскольку продольная устойчивость ракеты зависит, как правило, от первого тона колебаний жидкости, то учет особенностей динамики трубопроводов, обусловленных их сложной конфигурацией, не приводит к новым качественным эффектам, хотя и может в отдельных случаях приводить к существенным количественным уточнениям. [c.94]

В предыдущих разделах влияние различных факторов на продольную устойчивость ракеты рассматривалось по возможности раздельно. Это позволило наиболее полно выявить их роль в изучаемом круге задач. С этой же целью в первом приближении не учитывались [c.94]

Интересно отметить (см., например, работу [42]), что учет упругости опоры может приводить как к увеличению, так и к уменьшению амплитуды давления в конце трубопровода и, следовательно, по-разному влиять на продольную устойчивость ракеты. Для того [c.106]

Из приведенных описаний потери продольной устойчивости ракет (см., например, работу [80] и разд. 1.10 настоящей книги) следует, что она чаще всего приводила к режимам практически установившихся колебаний . На некоторых испытаниях при этом наблюдался весьма умеренный уровень амплитуд. Поскольку для нормального функционирования объекта в конечном итоге важен не сам факт наличия устойчивости, а уровень амплитуд колебаний, то вполне естественно возникает задача изучения механизмов, приводящих к стабилизации амплитуд. [c.127]

Роуз. Анализ продольной устойчивости ракет на жидком топливе. — ВРТ, 1967, № 8, с. 3—25. [c.203]

Динамические характеристики ЖРД необходимо знать и для определения продольной устойчивости ракеты в полете. При неблагоприятном сочетании динамических характеристик элементов системы корпус ракеты —топливоподающие магистрали от баков до ЖРД —ЖРД возможна потеря устойчивости, сопровождающаяся продольными колебаниями корпуса, колебаниями давления компонентов топлива на входе в ЖРД и давления в камере сгорания ЖРД. Эти колебания могут привести к разрушению ракеты. Так как ЖРД является одним [c.6]

Казалось бы, проще всего описать динамику гидромеханических устройств ЖРД—турбонасосных агрегатов (ТНА), гидромеханических регуляторов. Действительно, в первом приближении для ТНА записывается простейшее уравнение апериодического звена первого порядка. Несколько сложнее модель ТНА с учетом крутильных колебаний вала. В этом случае его можно представить в виде двух независимо вращающихся масс, связанных упругим элементом (например, рессорой). Также усложняет модель ТНА учет инерции жидкости -в проточных частях насосов. Очень сложна модель с учетом кавитационных явлений на, входах в насосы. При этом следует отметить, что в основном идет речь не о развитых кавитационных режимах, при которых падает перепад давлений, создаваемый насосом, а о скрытой местной кавитации, не сказывающейся на статических характеристиках насоса. Местная кавитация на входе в насос влияет на динамические характеристики насоса и гидравлического тракта перед насосом снижается частота собственных колебаний тракта, увеличивается коэффициент усиления насоса. Оба эти фактора существенно сказываются на продольной устойчивости ракеты в полете, так как именно резонансная частота гидравлического тракта и коэффициент усиления ЖРД в первую очередь и определяют устойчивость системы [12, 20]. Коэффициент усиления насоса (а также и ЖРД)—это отношение амплитуды колебаний давления на выходе из насоса (в камере) к амплитуде колебаний давления на входе в насос. [c.10]

Ограничимся наиболее простым режимом работы насоса —без кавитационных явлений в проточной части. Кавитация на входе в насос сказывается на собственной частоте колебаний жидкости в тракте перед насосом, а иногда и на коэффициенте усиления насоса, т. е. на отношении амплитуды колебаний давления на выходе из насоса к амплитуде на его входе [24]. Эти динамические процессы влияют в первую очередь на продольную устойчивость ракеты в полете (см. подразд. 1.5). Методик расчета, позволяющих определить динамические характеристики зоны кавитации по конструктивным данным насоса, еще нет. Но анализ продольной устойчивости не входит в круг рассматриваемых в данной книге задач, поэтому вопрос о динамике кавитации в данном разделе не рассматривается. [c.39]

АЧХ и ФЧХ являются исходными данными для анализа особенностей динамики ЖРД в области низких частот, для расчета систем управления ЖРД и летательным аппаратом, для анализа продольной устойчивости ракеты в полете и т. д. [c.245]

При анализе продольной устойчивости ракеты в полете исходными данными служат АЧХ и ФЧХ ЖРД по 5/7к/6/7ок.вх и 5/7,/5/7г.вх при вариации давления на входах в насосы окислителя и горючего. На рис. 7.9 представлены АЧХ и ФЧХ для того же ЖРД с дожиганием окислительного газа. На этих частотных характеристиках также имеют место резонансы на частоте около 20 Гц, при этом на резонансе амплитуда вырастает в 6...7 раз по сравнению с ее статическим значением (/=0), что может оказать большое влияние на характер границ устойчивости по отношению к продольным колебаниям корпуса ракеты. В частности, если частота корпуса ракеты совпадает с резонансной частотой ЖРД, возникает условие, способствующее потере ракетой продольной устойчивости на резонансной частоте ЖРД [21]. [c.259]

Из многочисленных публикаций, посвященных изучению потери устойчивости, приводящей к продольным автоколебаниям корпуса, в частности, следует, что это явление наблюдалось в процессе леткой отработки большинства крупных ракет. По мере накопления опыта проектирования и летной отработки ракет-носителей стало ясно, что склонность к потере продольной устойчивости столь же типична для подобного рода объектов, как, например, флаттер для скоростных самолетов. [c.3]

Продольные автоколебания ракеты возникают в результате потери устойчивости продольных форм колебаний ее корпуса . Они сопровождаются колебаниями осевой перегрузки, тяги двигателя и ряда других параметров. [c.4]

Во всех описанных случаях потери продольной устойчивости наблюдался весьма схожий характер изменения основных параметров системы. Ограничимся в связи с этим описанием достаточно типичной картины поведения параметров на первой ступени ракеты-носителя Сатурн-5 системы Аполлон [80] до того, как были проведены мероприятия, повысившие устойчивость ракеты. Эта система состоит из четырех ступеней 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 и лунного экспедиционного отсека. Все ступени соединены последовательно. [c.5]

На возможность существования положительной обратной связи, обусловленной продольными колебаниями корпуса ракеты, было впервые указано в работе Вика [118], выполненной задолго до того, как в США появились ракеты, склонные к потере продольной устойчивости. Это обстоятельство наложило определенный отпечаток на эту работу, предметом исследования которой явилось влияние продольных колебаний корпуса ракеты на устойчивость горения в камере сгорания ЖРД. В соответствии с этим ряд наиболее характерных особенностей изучаемого здесь явления, а также методы стабилизации системы по отношению к продольным колебаниям оказались вне ее рамок. Поскольку помимо этого низкие значения коэффициента усиления, связывающего колебания осевой перегрузки с тягой двигателя в модели Вика, не позволяют, как правило, при реальных значениях параметров системы описать потерю продольной устойчивости, возникает задача выявления механизма, повышающего интенсивность положительной обратной связи. [c.8]

Вместо несколько громоздкого словосочетания — потеря устойчивости продольных колебаний корпуса ракеты — мы будем пользоваться сокращенным выражением — потеря продольной устойчивости ракеты или еще более кратким — потеря продольной устойчивости. В американской литературе для этой цели применяется термин РООО . Он происходит от названия детских пружинных ходулей, движение которых похоже на продольные колебания корпуса ракеты. [c.4]

При исследовании устойчивости (в том числе и продольной устойчивости ракет [50]) с применением критерия Найквиста иногда используются понятия амплитудной, фазовой и амплитудно-фазовой стабилизации (см. работы [1, 50, 82]). Под амплитудной стабилизацией в этом случае понимают такую ситуацию, когда годограф частотной характеристики не выходит за пределы единичной окружности, как это показано на рис. 1.43,а, при фазовой стабилизации годограф пересекает единичную окружность, однако отсутст- [c.115]

Натанзон М. С. Влияние собственной частоты колебаний жидкости р. топливоподающем тракте на продольную устойчивость ракеты. — Изв. АН СССР, сер. Энергетика и транспорт, 1969, № 3, с. 111—118. [c.202]

В 1957-1961 гг. институтом решены проблемы обеспечения высокой надежности ЖРД и продольной устойчивости ракет. В эти годы впервые обоснована и экспериментально продемонстрирована высокая эффективность ЖРД, работаюпцего по схеме с дожиганием генераторного газа. В дальнейшем в стране по такой схеме были разработаны двигатели с высокими параметрами для маршевых и разгонных ступеней ракет, которые не имели аналогов в мировой практике. [c.24]

В связи с большим значением расчетных частотных передаточных функций для проведения анализа системы регулирования самого ЖРД, расчетов продольной устойчивости ракет, анализа системы управления летательным аппаратом очень важно сопоставить результаты расчетов АФЧХ с экспериментальными данными, полученными при специальных частотных испытаниях ЖРД. На рис. 7.11 представлены результаты частотных испытаний по каналу управления модельного ЖРД с дожиганием окислительного газа. ЖРД работал без регулятора, вместо регулятора в тракте горючего газогенератора был [c.260]

Наличие К. неблагоприятно сказывается на работе гидравлич. машин, турбин, насосов, судовых гребных винтов, что заставляет принимать меры к избежанию К. Если это оказывается невозможным, то в нек-рых случаях полезно усилить развитие К., создать т. и. режим суперкавитации, отличающийся струйным характером обтекания, и, применив спец. профилирование лопастей, обеспечить благоприятные условия работы механизмов. Развитие К. в гидросистемах ракет может приводить к автоколебаниям и оказывать воздействие, напр., на продольную устойчивость корпуса ракеты. [c.227]

Многочисленные научно-технические публикации последних лет показывают, что потеря продольной устойчивости наблюдалась на подавляющем большинстве ракет, создававшихся за рубежом. Так, например, описаны случаи потери устойчивости — с последующим возникновением автоколебаний — разработанными в США ракетами типа Серджент , Юпитер , Тор-Эджена , Атлас-Эджена , Титан-1 , Титан-2 , Сатурн-5 (первая и вторая ступени) [80, 89] и французской ракетой Диамант [105, 112]. В работе [29] описана потеря продольной устойчивости, наблюдавшаяся при отработке ракеты-носителя КК Восток . Приведенный перечень показывает, что склонность к потере продольной устойчивости является характерной особенностью крупных ракет. Даже в тех случаях, когда интенсивные продольные колебания корпуса, возникавшие гюсле потери продольной устойчивости, не приводили к разрушениям силовой части конструкции ракеты, они нарушали нормальное функционирование приборов, а для пилотируемых полетов были недопустимы из-за физиологических ограничений. В частности, было установлено, что колебания с частотой 5—7 Гц космонавты переносят с трудом. При дальнейшем увеличении частоты ощущения становятся непереносимыми, поскольку на частоте 7 — )4 Гц возникают резонансные колебания глаз п некоторых внутренних органов [80, 119]. [c.4]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...