Задание исходных данных для баллистического расчета.

Для проведения баллистического расчета используется модель расчета и оптимизации траектории, реализованная в программе “Opttra.exe”. Для проведения расчета понадобятся следующие параметры:

1. Количество ступеней ;

2. Таблицы секундного расхода и таблицы времен для них. В таблицах должно быть по 50 элементов ровно. Значение секундного расхода можно принять неизменяющимся во времени, тогда , в этом случае в таблицах времен важно будет задать только последнюю секунду времени работы двигателя (в примере 60 секунда на первой ступени, 50 на второй и т.д.), остальные значения времен можно будет задать произвольно;

3. Таблицы значений уноса масс. Эти таблицы задаются аналогично таблицам секундного расхода, но в них должно быть по 30 элементов.

4. Стартовые массы ступеней ракеты . Они определяются в процессе расчета массово-геометрических характеристик ракеты;

5. Площади миделя ступеней ракеты ;

6. Площади среза сопла . На первой ступени можно положить: , где:

- диаметр среза сопла 1-й ступени;

- диаметр критического сечения сопла 1-й ступени.

- степень расширения сопла (определяется в процессе расчета массово-геометрических характеристик)

На второй и последующих ступенях можно задать:

;

7. Значения пустотного импульса (пустотной удельной тяги) двигателей ступеней ;

8. Угол бросания. Выбирается исходя из соображений выбора угла входа полезной нагрузки в атмосферу. Изменяется в зависимости от дальности стрельбы. Для полетов на межконтинентальную дальность угол обычно принимается равным 20 - 24°.

Баллистический расчет.

Исходные данные задаются в двух специальных файлах:

- файл параметров, определяющих процесс оптимизации траектории и начальные значения оптимизируемых параметров;

- файл исходных данных ракеты.

Программный комплекс работает в средах файловых менеджеров «Norton Commander» или «Total Commander» под управлением программы оптимизации, реализующей метод направленного случайного поиска.

Для каждой группы задач организуется пользовательский раздел, в который на период расчетов помещается загрузочный модуль исполнительной программы. Перед началом расчетов в этот же раздел помещаются как минимум следующие три файла.

В первом файле с названием «Optim.dat» задается только имя раздела (второго файла) с исходными данными для программы оптимизации.

Во втором файле (в контрольном варианте его имя «Varopt.dat») задаются исходные данные для программы оптимизации. К ним относятся число оптимизируемых параметров, предельное число шагов оптимизации, управляющие константы, в том числе признак поиска максимума, интервал числа шагов оптимизации, через который выдается информация о процессе сходимости. Сюда же помещаются начальные значения оптимизируемых параметров (в нашем случае – параметров управления на траектории), их нижние и верхние границы и так называемые индивидуальные масштабы для каждого параметра.

В третьем файле раздела (в контрольном примере этот раздел назван «Test.dat») находятся все исходные данные для каждого конкретного варианта исследуемой ракеты. Здесь задается число ступеней, затем ряд управляющих констант, определяющих размерности таблиц и др., далее идет группа аэродинамических характеристик ракеты в виде таблиц по Маху и высоте, таблицы секундных расходов для каждой ступени, сопровождаемые таблицами времен. Размерность этих таблиц – по 50 значений для каждой ступени строго фиксирована и изменению не подлежит. Если принят постоянный расход, в этих таблицах задается по 50 одинаковых значений. Далее идет аналогичный по структуре массив уносов масс (с размерностью по 30 значений) и таблица сбросов масс. И, наконец, задаются основные характеристики исследуемого варианта – стартовые массы каждой ступени, полезная нагрузка (дается справочно), площади миделя, площади выходного сечения сопла, пустотные импульсы. Фактически этими четырьмя строчками (плюс аэродинамика и расходы) и определяется конкретный вариант ракеты. Затем следуют шаги интегрирования, признаки пауз и другие константы, определяющие форму траектории и последовательность расчета.

Имя четвертого файла для записи результатов расчета (в контрольном примере этот файл назван «Reztest.dat») задается пользователем в командной строке при запуске программы.

Таким образом, пользовательский раздел кроме самой программы должен содержать два файла с исходными данными (2-й и 3-й) и один файл с именем (1-й). Еще один файл с результатами каждого расчета (4-й) формируется самой программой.

Для организации работы программы в среде «WINDOWS» должен использоваться другой загрузочный модуль и дополнительно вводиться два вспомогательных файла с именами 3-го и 4-го файлов данных ракеты и результатов расчета (файлы 1-а и 1-б). Поэтому работа в среде одного из файловых менеджеров проще и удобнее.

Пример задания исходных данных приведен ниже. Параметры, подлежащие изменению, подчеркнуты.

Пример задания исходных данных для баллистического расчета:

&TRASS

NST=3 – (количество ступеней)

IPRUP= 1 2 3

KOM= 50 50 50

KUN= 1 1 1

KSM= 0 0 0

KUM= 30 30 30

KSBR= 0 0 0

KAD= 1 1 1

NM1= 11

NH1= 5

NALF1= 13

NM2= 8

NH2= 7

NALF2= 15

NALF3= 14

ARGMA1= 0.6 0.8 1. 1.1 1.3 1.7 2.3 3. 4. 5. 6.

ARGH1 = 0. 10. 20. 30. 40.

ARGAL1= 0. 2. 4. 6. 8. 10. 12. 14. 20. 30. 40. 50. 60.

CX10= .19 .22 .39 .47 .46 .37 .3 .258 .223 .2 .19

CX1MH= 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.

.0058 .0053 .0049 .0047 .0040 .0035 .0025 0.011 .026 .023 .021

.0058 .019 .018 .017 .0164 .015 .014 .011 .026 .023 .021

.0058 .05 .044 .043 .041 .037 .033 .03 .026 .023 .021

.0058 .05 .044 .043 .041 .07 .06 .055 .048 .043 .039

CY1= 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.

.08 .08 .095 .098 .102 .105 .107 .107 .107 .105 .104

.16 .16 .19 .196 .204 .21 .215 .215 .232 .229 .232

.265 .275 .3 .319 .336 .335 .35 .375 .394 .413 .445

.4 .41 .435 .472 .488 .525 .56 .63 .649 .688 .673

.57 .575 .6 .655 .7 .76 .865 1. .977 .946 .948

.77 .785 .835 .903 .952 1.1 1.265 1.265 1.265 1.265 1.265

1.05 1.08 1.14 1.18 1.3 1.46 1.65 1.65 1.65 1.65 1.65

1.95 2.08 2.08 1.98 2.3 2.9 2.9 2.9 2.9 2.9 2.9

3.62 3.65 3.89 3.89 3.89 3.89 3.89 3.89 3.89 3.89 3.89

5.4 5.4 5.4 5.4 5.4 5.4 5.4 5.4 5.4 5.4 5.4

7.25 7.25 7.25 7.25 7.25 7.25 7.25 7.25 7.25 7.25 7.25

8.82 8.82 8.82 8.82 8.82 8.82 8.82 8.82 8.82 8.82 8.82

ARGMA2= 4. 5. 6. 7. 8. 10. 12. 14.

ARGH2= 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80.

ARGAL2= 0. 2. 4. 6. 8. 10. 12. 14. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80.

CX20= .2 .18 .17 .165 .16 .15 .145 .14

CX2MH= .007 .0062 .006 .0055 .0053 .005 .004 .004

.017 .015 .013 .012 .0117 .0105 .0102 .01

.031 .028 .025 .023 .021 .019 .012 .01

.047 .042 .038 .035 .032 .028 .026 .024

.066 .056 .05 .047 .04 .038 .034 .031

.09 .075 .068 .06 .052 .05 .045 .04

.11 .095 .086 .081 .074 .06 .058 .051

CY2= 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.

.1 .1 .1 .09 .09 .09 .09 .09

.21 .2 .2 .18 .17 .17 .17 .17

.34 .33 .33 .28 .28 .28 .28 .28

.5 .48 .48 .41 .41 .41 .41 .41

.68 .63 .63 .55 .55 .55 .55 .55

.86 .79 .79 .7 .7 .7 .7 .7

1.05 .98 .98 .88 .85 .85 .85 .85

1.66 1.57 1.57 1.46 1.4 1.4 1.4 1.4

2.83 2.68 2.68 2.54 2.48 2.48 2.48 2.48

3.98 3.97 3.97 4. 4. 4. 4. .4

5.36 5.42 5.42 5.46 5.46 5.46 5.46 5.46

6.66 6.72 6.78 6.8 6.8 6.8 6.8 6.8

7.6 7.74 7.77 7.8 7.84 7.84 7.84 7.84

8.25 8.33 8.37 8.4 8.44 8.44 8.44 8.44

ARGAL3= 0. 5. 10. 20. 30. 40. 50. 60. 70. 80. 90. 100. 110. 120.

CX30= .77 .77 .77 .91 1. 1.01 1.01 1.01 .98 .9 .7 .6 .4 .28

CY30= 0. .03 .15 1.17 2.35 3.34 4.34 5.3 5.92 6.28 6.34 5.85

5.38 4.27

OM= (таблицы секундного расхода)

760. 760. 760. 760. 760. 760. 760. 760. 760. 760.

760. 760. 760. 760. 760. 760. 760. 760. 760. 760.

760. 760. 760. 760. 760. 760. 760. 760. 760. 760.

760. 760. 760. 760. 760. 760. 760. 760. 760. 760.

760. 760. 760. 760. 760. 760. 760. 760. 760. 760.

288. 288. 288. 288. 288. 288. 288. 288. 288. 288.

288. 288. 288. 288. 288. 288. 288. 288. 288. 288.

288. 288. 288. 288. 288. 288. 288. 288. 288. 288.

288. 288. 288. 288. 288. 288. 288. 288. 288. 288.

288. 288. 288. 288. 288. 288. 288. 288. 288. 288.

200. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 200.

200. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 200.

200. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 200.

200. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 200.

200. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 200. 200.

TOM= (таблица времен секундного расхода)

0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 8. 9. 9.5

10. 11. 12. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.

21. 22. 23. 24. 25. 27. 28. 29. 30. 31.

34. 35. 36. 40. 42. 48. 49. 50. 51. 53.

54. 55. 55.5 56. 56.5 57. 57.5 58. 59. 60.

0. 1. 2. 3. 3.5 4. 5. 5.5 6. 6.5

7. 7.5 8. 8.5 9. 9.5 10. 11. 12. 12.5

14. 14.5 15. 15.5 16. 17. 18. 19. 19.5 20.

21. 21.25 21.5 21.75 22. 22.5 23. 23.5 24. 25.

25.5 25.75 27. 27.5 28. 28.5 28.75 29. 29.5 50.

0. 1. 2. 3. 3.5 4. 5. 5.5 6. 6.5

7. 7.5 8. 8.5 9. 9.5 9.75 10. 10.25 10.5

10.75 11. 11.25 11.5 11.75 12. 12.5 14. 14.5 15.

16. 16.5 17. 17.5 18. 18.5 18.75 19. 19.5 20.

21. 21.5 21.75 22. 22.5 23. 23.5 24. 24.5 40.

UNM= (таблицы уноса масс)

5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7

5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7 5.7

2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16 2.16

1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5

TUNM= (таблицы времен уноса масс)

0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 14. 15.

16. 17. 18. 20. 21. 22. 23. 24. 28. 29. 30. 31.

32. 35. 60.

0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

10. 11. 12. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.

21. 22. 23. 23.5 24. 25. 25.5 28. 29. 50.

0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

10. 11. 12. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.

21. 21.25 21.5 21.75 22. 22.25 22.5 22.75 23. 40.

GSBR= 125. 0. 0.

0. 0. 0.

0. 0. 0.

TSBR= 21. 210. 210.

160. 700. 700.

700. 700. 700.

GST0= 79472.5 29377.9 11822.7 +2800 (начальные массы ступеней)

SAM= 3.8 3.8 3.14 (площади Миделя ступеней)

SAS= 1.672 1.94 1.76 (площади среза сопла ступеней)

CIMP= 285. 299. 300. (пустотный удельный импульс)

HINT= 1. 1. 1.

TNRAZ= 0. 1. 0.

TKRAZ= 0. 11. 20.

TWER= 2.

QRAZD= 3499.

QR2ST= 4000.

QEP= 1.

TETZ1= 24.

V00= 15.

TETA01= 90.

OPEP1= -1.

ALZER1= 0.

OPTK= 0.42

XL00= 2.E+2

YH00=5.E+1

TNAP3= 2.

COEALP= 0.00033

COFREI= 0.0002

IPAUS= 0 0 2

IUPAUS= 1 3 1

DFIPAU= -0.3 0. 0.

KADPA= 1 0 0

KMNPAU= 13 13 13

KHTPAU= 7 7 7

AMPAU= 0. 6.E-1 8.E-1 10.E-1 11.E-1 13.E-1 17.E-1 23.E-1

30.E-1 40.E-1 50.E-1 60.E-1 2.5E+2

0. 2. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 14. 16. 21. 25. 35.

0. 2. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 14. 16. 21. 25. 35.

AHPAU= 0. 10. 20. 30. 40. 70. 200.

0. 20. 30. 40. 50. 90. 300.

0. 50. 70. 200. 300. 500. 700.

CNPAU= 0.047 0.047 0.047 0.047 0.046 0.045 0.057 0.059

0.066 0.069 0.069 0.068 0.068

0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.

0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.

CTPAU=

0.23 0.23 0.23 0.23 0.23 0.23 0.23 0.23

0.23 0.23 0.19 0.17 0.17

0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24 0.24

0.24 0.24 0.2 0.177 0.177

0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25

0.25 0.25 0.21 0.187 0.187

0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27 0.27

0.27 0.27 0.22 0.2 0.2

0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28

0.28 0.28 0.24 0.22 0.22

0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28

0.28 0.28 0.24 0.22 0.22

0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28

0.28 0.28 0.24 0.22 0.22

KUNPAU= 0 0 0

IUNPA= 10 10 10

UNMPAU=

0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.

0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.

0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0. 0.

TUNPAU=

0. 1. 2. 5. 7. 10. 14. 21. 70. 140.

0. 1. 2. 5. 7. 10. 14. 21. 70. 140.

0. 1. 2. 5. 7. 10. 14. 21. 70. 140.

OMPA= 0. 0. 0.

CIMPA= 230. 230. 230.

HPAUS= 1. 1. 5.

TPAUS= 7. 7. 1000.

HBR1= 14. 77. 100.

HEPS= 100. 100. 100.

/

Образец результата баллистического расчета приведен в приложении 2.

Если расчетная дальность полета оказалась меньше заданной, необходимо уменьшить массу полезной нагрузки, на ту же величину уменьшить стартовые массы всех ступеней и повторить баллистический расчет, либо увеличить запасы топлива на ступенях и повторить массово-геометрический и баллистический расчеты.