14. Автоматизация выбора основных характеристик ракет-носителей

Очевидно, что чем большее количество возможных вариантов проектного облика РН рассмотрено, тем совершеннее может быть выбранный для реализации проект РН. Большое количество вариантов можно рассматривать только с помощью автоматизации проектных работ.

В данном разделе представлено программное обеспечение, с помощью которого можно автоматизировать процесс выбора основных характеристик проектируемых ракет-носителей² и сократить время начального этапа проектирования. Заставка программного обеспечения показана на рис. 14.1.

Рис. 14.1. Заставка программного обеспечения

Программное обеспечение разработано в системе программирования Delphi 7. Оно включает в свой состав частные программы, предназначенные для автоматизации следующих работ:

- оптимального распределения массы ракеты-носителя по блокам и минимизации стартовой массы;

- расчета масс составных частей ракеты-носителя и предварительной массовой сводки;

- расчета положения координат центра масс и моментов инерции проектируемых ракет-носителей;

- поверочных расчетов характеристик движения РН.

14.1. Программа для оптимального распределения массы РН
по блокам и минимизации стартовой массы

С помощью данной программы выполняются расчеты по оптимизации масс составных частей ракет-носителей при заданных удельных импульсах, конструктивных характеристиках ракетных блоков и схемы их соединения для различного количества ступеней.

Постановка задач и математические модели рассмотрены в разделе 8 настоящего учебного пособия. Некоторые окна пользовательского интерфейса программы приведены на рис. 14.2 – 14.3.

Выбор схемы соединения ракетных блоков осуществляется в окне программы, представленном на рис. 14.2.

Рис. 14.2. Окно программы для выбора схем соединения ракетных блоков

Ввод исходных данных и вывод результатов расчета производzтся в окнах программы, которые соответствуют схемам соединения ракетных блоков. Одно из таких окон показано на рис. 14.3. В этом окне представлены результаты оптимизации массы ракетных блоков и минимизации стартовой массы одного из вариантов двухступенчатой РН.

Рис. 14.3. Окно программы для оптимизации масс ракетных блоков РН

Данная программа использовалась для оптимизации массы одного из ранних проектных вариантов РН среднего класса повышенной грузоподъёмности. Внешний облик РН представлен на рис. 14.4, а результаты расчёта в табл. 14.1. Стартовая масса этого варианта РН составляла около 543 т, однако он не был реализован в связи с отсутствием отечественных кислородно-водородных двигателей достаточной мощности.

В связи с учётом применения существующих водородных двигателей, а также требований к районам падениям отработавших РБ, проектная масса РБ первой ступени составила 590,4 , а второй -52,3 т. Общая стартовая масса этого варианта РН составила 673 т.

Таблица 14.1. Исходные данные и результаты оптимизации РН

Исходные данные
Масса полезной нагрузки, т	23,8
Масса головного обтекателя, т	3,8
Масса адаптера полезной нагрузки, т	0,3
Потребная характеристическая скорость РН, м/с	9530
Конструктивная характеристика РБ первой ступени РБ второй ступени	11,4 9.1
Компоненты топлива: РБ первой ступени – керосин-кислород; РБ второй ступени – водород-кислород
Удельный импульс РБ первой ступени, м/с РБ второй ступени, м/с	3043 4600
Расчётные характеристики
Ракетный блок первой ступени, т Масса заправленного РБ Масса топлива Масса конструкции	371,63 337,73 33,90
Ракетный блок второй ступени, т Масса заправленного РБ Масса топлива Масса конструкции	143,31 126,70 16,62
Стартовая масса РН, т	542,84