15.5. Разработка модели ракеты космического назначения

15.5.1. Сборка ракетных блоков

Твердотельные модели ракетных блоков (РБ) разрабатываются на основе использования построенных отсеков ракеты-носителя: баков, сухих отсеков, ферменных конструкций, двигателей с фермами крепления и переходных отсеков с полезной нагрузкой и створками головного обтекателя.

Строится сначала какой-либо один РБ, например первой ступени. Для построения одинаковых РБ используются возможности копирования (размножения). Для построения РБ второй и последующих ступеней рекомендуется использовать копирование уже созданной модели ракетного блока (если конструкции РБ подобны) и дальнейшая модернизация этой модели путем изменения размеров (или на основе параметрической связи отдельных размеров).

На рис. 15.11 в качестве примера представлены твердотельные модели ракетных блоков (без разреза и с разрезом).

Рис. 15.11. Твердотельные модели ракетных блоков

15.5.2. Сборка ракеты и создание анимационной картины разделения составных частей рн в полёте

Для сборки ракеты космического назначения должны быть созданы твердотельные модели всех составных частей ракеты, как это схематически показано на рис. 15.12.

Рис. 15.12. Твердотельные модели составных частей ракеты

Сборка ракеты осуществляется путем сопряжения отдельных частей. При этом, как упоминалось, створки головного обтекателя не должны сопрягаться с разгонным блоком и космическим аппаратом.

На рис. 15.13 и 15.14 представлены примеры твердотельных моделей ракет-носителей различной конфигурации.

Рис. 15.13. Твердотельные модели РН тандемной и пакетной схем

Рис. 15.14. Твердотельная модель РН с двумя боковыми блоками

В дальнейшем рекомендуется построить основные элементы системы крепления и разделения створок головного обтекателя, разгонного блока (если он предусмотрен в компоновочной схеме) и космического аппарата. На начальных этапах проектирования строить рекомендуется только относительно крупные элементы, такие как толкатели створок головного обтекателя, ракетные двигатели для разделения этих створок, пирозамки крепления космического аппарата на переходном отсеке, толкатели створок ГО или космического аппарата и т.п.

Системы твердотельного моделирования позволяют создавать анимационные ролики. При необходимости можно разработать анимационную компьютерную картину отделения ракетных блоков нижних ступеней, сброса створок головного обтекателя и отделения полезной нагрузки от ракеты-носителя. Эту картину в дальнейшем следует разработать подробнее в части работы средств разделения.

15.6. Определение геометрических и массоинерционных характеристик конструкции ракеты-носителя в системе твердотельного моделирования

Одним из существенных преимуществ построения моделей ракет-носителей в системах твердотельного моделирования является то, что масса, центровочные и инерционные характеристики подсчитываются автоматически. На рис. 15.15 а представлено окно системы твердотельного моделирования SolidWorks, иллюстрирующее возможности измерения различных геометрических характеристик деталей и сборок.

а) б)

Рис. 15.15. Окна для измерения геометрических характеристик моделей и задания плотности конструкционных материалов

Для определения массы основных элементов, координат центра масс и моментов инерции необходимо в процессе построения моделей задавать плотности материалов соответствующих элементов конструкции. На рис. 15.15 б представлено окно для задания плотности конструкционных материалов.

Для определения массы приборов можно вводить значения средней плотности блоков бортовых систем. Данные по массам, центровочным и инерционным характеристикам будут автоматически получены самой системой твердотельного моделирования. Проектанту остается лишь вызывать соответствующие справочные окна, где имеются результаты расчета масс. Для этого достаточно лишь кликнуть мышкой на кнопку "массовые характеристики". Появляется окно, показанное на рис. 15.16.

Рис. 15.16. Окно для измерения массоцентровочных и инерционных характеристик РН

Следует отметить, что корректными массы будут лишь в том случае, если корректно назначались геометрические сечения отсеков и элементов подкрепления. Геометрические же сечения можно подобрать после предварительного расчета масс конструкции.

Поэтому определение массы основных элементов, координат центра масс и моментов инерции ракеты с помощью системы твердотельного моделирования рекомендуется проводить лишь тогда, когда уточнены геометрические параметры моделей и характеристики выбранных материалов.

В заключении данного раздела отметим, что процесс автоматизированного проектирования должен быть построен таким образом, чтобы результаты одного этапа проектирования можно было использовать с минимальной дополнительной обработкой на следующем этапе. В частности, геометрическая модель, построенная в CAD-системе (например SolidWorks), должна являться моделью с исходными данными для конечно-элементного анализа силовой работы конструкции (например, в системе MSC.Nastran). Желающих более подробно изучить вопросы конечно-элементного моделирования конструкций РН отсылаем к учебному пособию [63].

Контрольные вопросы

1. Что такое CALS -технологии?

2. Что такое PDM-системы?

3. Назовите основные большие интегрированные системы информационной поддержки жизненного цикла изделий.

4. Особенности разработки твердотельных моделей ракеты.

5. С какой целью рекомендуется составлять план построения сложных элементов конструкций и их сборок?

6. Приведите методику разработки моделей топливных баков.

7. Приведите методику разработки моделей сухих отсеков.

8. В чем состоят особенности разработки моделей ферменных конструкций?

9. Приведите методику разработки моделей двигательных отсеков.

10. В чем состоят особенности разработки твердотельных моделей космической головной части?

11. Расскажите о последовательности и особенностях разработки твердотельных моделей ракеты-носителя в целом.

12. Расскажите об особенностях расчета координат центра масс и моментов инерции в системе твердотельного моделирования SolidWorks.