4. Сбор и обработка статистических данных по ракетам-носителям
Сбор и обработка статистических данных – первый этап в проектировании нового изделия. Статистические данные позволяют выделить из всех существующих РН и баллистических ракет небольшую их часть с летно-тактическими и проектно-техническими характеристиками, близкими к проектируемому изделию. Анализ различных характеристик этой части РН и баллистических ракет дает возможность выбора наиболее прогрессивных технических решений в проектируемом изделии в соответствии с современной технической базой, технологиями, требованиями по экологии.
Схемы основных ракет-носителей показаны на рис. 4.1.
Статистические данные представляются в виде двух таблиц.
Первая представляет собой таблицу, в которой собран фактический материал из описаний изделий и из других источников. Как правило, характеристики в первой части имеют размерность, например, скорость в м/с, масса в кг и т. п.
Вторая таблица, по существу, представляет собой обработанную первую таблицу, в которой присутствуют безразмерные характеристики, например, число Циолковского, относительная масса полезного груза и т.п.
В табл. 4.1 и 4.2 представлены формы для сбора статистических данных.
В этих таблицах приняты следующие обозначения:
- высота
в апогее, км;
- высота в перигее,
км;
- эффективная
скорость истечения в двигателе
i-й
ступени, м/с;
- теоретическая
конструктивная характеристика блока
i-й
ступени;
|
Рис. 4.1. Основные ракеты-носители |
-
Таблица 4.1. Статистические данные по РН
Окончание табл. 4.1
Таблица 4.2. Безразмерные статистические данные по РН
Окончание табл. 4.2
-
масса топлива ракетного блока
i-й
ступени;
- масса конструкции ракетного блока i-й ступени (без топлива);
- расчетная
конструктивная характеристика блока
1-й ступени (головной обтекатель условно
относится к массе ракетного блока первой
ступени потому, что он сбрасывается,
как правило, сразу же после отделения
ракетных блоков первой ступени; если
ракетных блоков первой ступени несколько,
то масса ГО распределяется на них
поровну);
- масса головного
обтекателя;
- коэффициент
незабора топлива;
- начальная
перегрузка i-й
ступени;
- тяга двигателя
i-й
ступени, кН;
- начальная масса i-й ступени;
- ускорение силы тяжести, м/с;
-
масса блока
i-й
ступени (заполненной топливом);
- относительная
масса полезной нагрузки ракеты;
(или
)-
начальная масса 1-й ступени (стартовая
масса);
-
масса полезной нагрузки;
- число Циолковского
i-й
ступени:
- отношение массы
i-й
ступени ракеты к массе ее полезной
нагрузки;
- нагрузка на мидель, кг/м2;
- площадь миделя
ракеты, м2;
- масса двигателя
i-й
ступени;
-
относительная масса двигателя i-й
ступени;
-
относительная масса окислителя в блоке
i-й
ступени;
- масса окислителя
ракетного блока i-й
ступени;
- масса горючего
ракетного блока i-й
ступени;
-
относительная масса приборов в блоке
i-й
ступени;
- масса приборов
в блоке i-й
ступени;
- удлинение ракеты;
- полная длина
ракеты, м;
- диаметр ракеты,
м;
-
удлинение блока i-й
ступени;
- длина ракетного
блока i-й
ступени;
- диаметр блока
i-й
ступени, м.
Связь между относительной массой ступени, числом Циолковского и конструктивной характеристикой представлена следующей зависимостью:
.
Если статистические данные имеют тенденцию изменения в зависимости от времени (года) начала проектирования, то для них с помощью Microsoft Excel строят графики изменения этих характеристик от времени и с помощью опций «тренда» получают уравнения регрессионной зависимости.
Статистические данные по отдельным составным частям РН могут представляться в произвольной форме. В разделе 10 представлены статистические данные и расчётные значения некоторых характеристик твёрдотопливных ускорителей (см. табл. 10.2).
Рекомендуемая литература, для поиска аналогов проектируемых ракет приведена в списке использованных источников под номерами [2-6, 11, 13, 15-20, 24-25, 29, 38, 39]. Можно использовать некоторые данные, публикуемые в периодических изданиях, например, в ежемесячном журнале «Новости космонавтики», а также данные, полученные с помощью Internet.
Следует отметить, что поиск аналогов является творческим процессом, так как в технической литературе относительно редко приводятся все данные, необходимые проектанту для изучения аналогов. В некоторых источниках могут быть одни типы характеристик, а в некоторых - другие, причем отдельные характеристики могут относиться к различным этапам развития ракетно-космической техники. Например, характеристики ракеты Р7 могут существенно отличаться от ракеты «Союз», которая является модификацией ракеты Р7.
Корректировка конструктивных характеристик ракетных блоков РН, предназначенных для запуска пилотируемых КА
Особенностью запуска на орбиту пилотируемых космических аппаратов является наличие системы аварийного спасения (САС). С помощью САС осуществляется увод спускаемого аппарата (или отдельных спасаемых капсул с космонавтами) от аварийной ракеты. Система аварийного спасения также может включать катапультируемые кресла космонавтов.
Увод космического аппарата от аварийной ракеты может осуществляться как с помощью штатных двигателей космического корабля, так и с помощью специальных ракетных двигателей САС. Штатные двигатели космического корабля могут при безаварийном пуске использоваться в орбитальном полете для маневрирования или для торможения перед спуском с орбиты. Специальные ракетные двигатели САС могут устанавливаться на головном обтекателе ракеты космического назначения.
Если увод космического аппарата от аварийной РН осуществляется с помощью штатных двигателей космического корабля, то корректировать массу полезной нагрузки нет необходимости.
Если увод космического аппарата от аварийной РН осуществляется с помощью специальных ракетных двигателей САС, установленных на головном обтекателе, то следует скорректировать либо конструктивные характеристики ракетных блоков первой или второй ступеней РН, либо расчетную массу полезной нагрузки.
Корректировка конструктивных характеристик ракетных блоков осуществляется в зависимости от циклограммы запуска ракеты-носителя и проводится по методике, изложенной ниже.
1. Если сброс двигателей САС, установленных на головном обтекателе РН, осуществляется сразу после отделения ракетного блока (ракетных блоков) первой ступени, то массу двигателей САС следует отнести к конструкции ракетного блока первой ступени:
,
где
- масса двигателей системы аварийного
спасения.
В случае наличия нескольких ракетных блоков первой ступени массу ракетных блоков САС следует распределить равномерно по ракетным блокам первой ступени.
2. Если сброс двигателей САС осуществляется примерно в середине временного интервала работы двигателей ракетного блока второй ступени или перед его отделением, то массу двигателей САС следует отнести к конструкции ракетного блока второй ступени:
.
В этом случае мы как бы будем проектировать ракету-носитель с некоторым запасом по грузоподъемности. Так обычно и поступают при предварительных расчетах.
Возможен и другой вариант. Ракету-носитель проектируют для вывода на орбиту так называемой приведенной полезной нагрузки, которая равна сумме массы космического аппарата и массы ракетного блока САС. В этом случае запас по грузоподъемности будет ещё больше по отношению к случаю, когда массу двигателя САС относят к ракетному блоку второй ступени.
Контрольные вопросы
1. Расскажите о компоновочных схемах ракет, которые Вы используете в качестве аналогов.
2. Какие летно-технические характеристики ракет Вы знаете?
3. Какие массогабаритные и энергетические характеристики ракет Вы знаете?
4. Какие критериальные характеристики ракет Вы знаете?
5. Что такое основные проектные характеристики и какие из них Вы знаете?
6. Для какой цели проводится сбор и обработка статистических данных по характеристикам ракет-носителей?
7. Какие характеристики размерного типа используются при сборе статистических данных?
8. Какие характеристики безразмерного типа используются при обработке статистических данных?
9. Дайте определение следующих характеристик, используемых для сбора и анализа статистических данных:
- теоретическая конструктивная характеристика блока i-й ступени;
- расчетная конструктивная характеристика блока i-й ступени;
- начальная перегрузка i-й ступени;
- относительная масса ракеты;
- число Циолковского i-й ступени;
- относительная масса i-й ступени;
- нагрузка на мидель, кг/м2;
- относительная масса двигателя i-й ступени;
- относительная масса окислителя в блоке i-й ступени;
- относительная масса приборов в блоке i-й ступени;
- удлинение блока i-й ступени и ракеты.
5. ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ
Тактико-технические требования приводятся в тактико-техническом задании на разработку ракеты-носителя. Разработка ТТТ к конкретной проектируемой ракете-носителю базируется на общих технических требованиях, предъявляемых к разрабатываемым РН.
5.1. Структура тактико-технических требований
на создаваемые ракеты-носители
Структура тактико-технических требований на конкретную разрабатываемую ракету-носитель должна соответствовать документу «Общие технические требования». Этот документ представлен в специальной нормативной документации ракетно-космической отрасли.
Ниже приведен перечень основных вопросов, которые в соответствии с ОТТ должны быть отражены при составлении ТТТ на конкретную разрабатываемую ракету-носитель.
1. Требования по назначению.
2. Требования по радиоэлектронной защите.
3. Требования по живучести и стойкости к внешним воздействиям.
4. Требования к надежности.
5. Требования к эргономике и технической эстетике.
6. Требования к эксплуатации, удобству технического обслуживания, ремонту и хранению.
7. Требования к транспортабельности.
8. Требования к безопасности
9. Требования к стандартизации и унификации.
10. Требования к технологичности.
11. Конструктивные требования.
12. Технико-экономические требования.
13. Требования по видам обеспечения.
14. Требования к составным частям РН.
15. Требования к сырью, материалам и комплектующим.
16. Требования к консервации и упаковке ракетных блоков.
Кроме того, в ТТТ приводятся ссылки на конкретные документы (с номерами и датами), подтверждающие те или иные требования или решения.
5.2. Обзор общих технических требований,
предъявляемых к ракетам-носителям
Достаточно большой опыт, накопленный в области проектирования, производства и эксплуатации РН, отражён в нормативных документах ракетно-космической отрасли, справочной, монографической литературе, учебниках и учебных пособиях. Эти требования излагают положительный опыт создания ракет-носителей и имеют своей целью помочь разработчикам ракетной техники избежать ошибок, которые были совершены более ранним поколением создателей ракетной техники.
Ниже приведен обзор некоторых основных разделов ОТТ, предъявляемых к ракетам-носителям, и комментарии к материалам этих разделов.