- •Фролов, А.Д.
- •ОГЛАВЛЕНИЕ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
- •РАКЕТ
- •1.1. Предварительные замечания
- •1.2. Сокращения, условные обозначения, индексы
- •1.3. Основные этапы процесса параметрического проектирования
- •2.1. Предварительные замечания
- •2.3. Определение массовых характеристик ракет с РДТТ
- •2.4. Определение геометрических характеристик РДТТ и ракеты
- •2.5. Определение проектно-баллистических параметров РДТТ и ракеты
- •2.6. Определение предельных секундных расходов топлива
- •2.7. Анализ и учет габаритных ограничений РДТТ и ракеты
- •2.8. Аэродинамические характеристики ракеты
- •2.9. Моменты инерции и центровочные характеристики ракеты
- •В) Расчет центровочных и моментных характеристику-й «сухой» субракеты,
- •Сtp(0 = фнавед ” 0 /
- •3.3. Назначение потребной конечной скорости и угла бросания
- •3.5. Проектирование ракеты без оптимизации параметров (Организация работы программы KAMFAD)
- •4. ДЕТЕРМИНИРОВАННАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАКЕТ
- •4.1. Предварительные замечания
- •4.2. Адаптация метода неопределенных множителей Лагранжа
- •4.3. Метод направленного поиска оптимальных параметров
- •Вывод алгоритма решения задачи
- •Выберем X,(r),X2(r),X3(r),X4(r) из уравнений:
- •5. СТОХАСТИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЕКТНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАКЕТ
- •5.1. Предварительные замечания
- •5.2. Формирование случайной реализации ракеты
- •5.3. Определение основных вероятностных характеристик ракет
- •5.5. Метод направленного поиска оптимальных параметров
- •Графики изменения аэродинамических коэффициентов ракеты:
- •Графики изменения параметров движения ракеты на ПУТ:
- •6.5. Параметрическое проектирование ракет с РДТТ из различных материалов
- •6.13. Частная параметрическая оптимизация секундных расходов твердого топлива двигательными установками баллистической ракеты
- •6.16. Влияние закона распределения случайных величин на статистические параметры дальности полета ракеты
- •6.17. Связь высоты точки старта ракеты с ее эффективностью
- •6.18. Параметрическое проектирование баллистических ракет с твердотопливными двигательными установками различных диаметров
- •7. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
- •7.1. Предварительные замечания
- •7.4. Лабораторная работа № 3.
- •7.5. Лабораторная работа № 4.
- •7.6. Лабораторная работа № 5.
- •7.7. Лабораторная работа № 6.
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пермский государственный технический университет»
А.Д. Фролов
ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ, РАСЧЕТ И ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАЕКТОРИЙ ДВИЖЕНИЯ
БАЛЛИСТИЧЕСКИХ РАКЕТ С ТВЕРДОТОПЛИВНЫМИ ДВИГАТЕЛЬНЫМИ УСТАНОВКАМИ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия
Издательство Пермского государственного технического университета
2007
УДК 629.7.01:681.3 Ф91
Рецензенты:
чл.-корр. РАН, д-р техн. наук, профессор М.И. Соколовский (генеральный конструктор, генеральный директор ОАО НПО «ИСКРА», г. Пермь);
член РИА, д-р техн. наук, профессор Р.В. Бульбович (декан аэрокосмического факультета Пермского государственного технического
университета)
Фролов, А.Д.
Ф91 Параметрическое проектирование, расчет и исследование траекторий движения баллистических ракет с твердотопливными двигательными установками: учеб, пособие / А.Д. Фролов. - Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2007. - 288 с.
ISBN 978-5-88151-723-6
Изложены теория и методы расчета проектных параметров твердотопливных двигательных установок баллистических ракет. Приведены примеры применения алгоритмов, реализованных конкретными компьютерными программами, в целях формирования составных ракет с последующими поверочными расчетами и исследованиями траекторий в различных постановках. Учебное пособие обеспечено лабораторными работами по учебным курсам «Основы проектирования, конструирования и производства летательных аппаратов» (раздел «Основы проектирования»), «Летательные аппараты», «Основы теории полета летательных аппаратов».
Предусмотрена возможность проведения лабораторных работ исследова тельского характера на базе прилагаемых компьютерных программ.
Приведены примеры выполнения лабораторных работ и оформления отчетов по ним. Имеется электронный вариант всех программ на алгоритмических языках FORTRAN (программы KAMFAD и КАМА96) и BorlandC (все остальные программы). Методическая разработка выполнена в среде системы Microsoft Word.
Разработано для студентов, обучающихся по направлению «Авиа- и раке тостроение».
Издано в рамках приоритетного национального проекта «Образование» по программе Пермского государственного технического университета «Создание инновационной системы формирования профессиональных компетенций кадров и центра инновационного развития региона на базе многопрофильного технического университета».
|
УДК 629.7.01:681.3 |
ISBN 978-5-88151-723-6 |
©ГОУВПО |
|
«Пермский государственный |
|
технический университет», 2007 |
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение.................................................................................................................................... |
6 |
1. Постановка проблемы параметрического проектирования ракет |
11 |
1.1. Предварительные замечания........................................................................................ |
11 |
1.2. Сокращения, условные обозначения, индексы......................................................... |
13 |
1.3. Основные этапы процесса параметрического проектирования.............................. |
17 |
2. Математическая модель твердотопливной баллистической ракеты........................... |
19 |
2.1. Предварительные замечания...................................................................................... |
19 |
2.2. Определение энергетических характеристик РДТТ |
20 |
2.3. Определение массовых характеристик РДТТ и ракеты........................................... |
22 |
2.4. Определение геометрических характеристик РДТТ и ракеты................................ |
28 |
2.5. Определение проектно-баллистических параметров РДТТ и ракеты................... |
31 |
2.6. Определение предельных секундных расходов топлива РДТТ |
36 |
2.7. Анализ и учет габаритных ограничений РДТТ и ракеты........................................ |
37 |
2.8. Аэродинамические характеристики ракеты.............................................................. |
38 |
2.9. Моменты инерции и центровочные характеристики ракеты.................................. |
40 |
2.10. Характеристики движения ракеты........................................................................... |
52 |
2.10.1. Определение характеристик движения ракет на АУТ |
54 |
2.10.2. Программа движения ракеты на АУТ |
58 |
2.10.3. Частная параметрическая оптимизация программы тангажа.................... |
61 |
2.10.4. Расчет динамических коэффициентов, возмущающих сил |
|
и моментов на АУТ |
63 |
2.10.5. Расчет основных характеристик движения ракет на ПУТ |
71 |
2.10.6. Анализ характеристик рассеивания ракет. |
|
Уточнение гарантийных запасов топлива................................................... |
76 |
2.10.7. Расчет проектно-конструкторских частных производных........................ |
79 |
3. Параметрическое проектирование ракет |
80 |
3.1. Предварительные замечания...................................................................................... |
80 |
3.2. Учет начальных условий в точке старта ракеты....................................................... |
82 |
3.3. Назначение требуемых конечной скорости и угла бросания.................................. |
85 |
3.4. Формирование контурного облика ракеты............................................................... |
89 |
3.5. Проектирование ракеты без оптимизаций параметров........................................... |
95 |
4. Детерминированная оптимизация проектных параметров ракет................................. |
96 |
4.1. Предварительные замечания................................................................................... |
96 |
4.2. Адаптация метода неопределенных множителей Лагранжа................................... |
97 |
4.3. Метод направленного поиска оптимальных параметров......................................... |
100 |
4.4. Соответствие алгоритмов методов оптимизации...................................................... |
НО |
5. Стохастическая оптимизация проектных параметров ракет....................................... |
112 |
5.1. Предварительные замечания........................................................................................ |
112 |
5.2. Формирование случайной реализации ракеты.......................................................... |
113 |
5.3. Определение основных вероятностных характеристик ракеты............................... |
115 |
5.4. Адаптация метода неопределенных множителей Лагранжа.................................... |
122 |
5.5. Метод направленного поиска оптимальных параметров......................................... |
124 |
5.6. Соответствие алгоритмов методов оптимизации...................................................... |
146 |
5. Результаты проектных расчетов......................................................................................... |
150 |
6.1. Предварительные замечания........................................................................................ |
150 |
6.2. Параметрическое проектирование 1-ступенчатой ракеты........................................ |
155 |
6.3. Параметрическое проектирование 2-ступенчатой ракеты........................................ |
175 |
6.4. Параметрическое проектирование 3-ступенчатой ракеты........................................ |
196 |
6.5. Параметрическое проектирование ракет с РДТТ из различных материалов........ |
222 |
6.6. Влияние количества ступеней ракеты с РДТТ на ее основные характеристики .... |
225 |
6.7. Параметрическое проектирование ракеты с оптимизацией вероятности |
|
или частоты попадания в цель..................................................................................... |
226 |
6.8. О теоретической возможности создания унифицированной системы ракетного |
|
вооружения на базе 3-ступенчатой ракеты с РДТТ |
227 |
6.9. Частная оптимизация РДТТ в составе баллистической ракеты.............................. |
227 |
6.10. Влияние удлинения РДТТ на результаты детерминированной |
|
оптимизации ракеты....................................................................................................... |
229 |
6.11.Влияние метода и шага численного интегрирования системы дифференциальных уравнений на точность расчета характеристик движения
ракеты с РДТТ в процессе ее параметрического проектирования |
230 |
6.12. Связь оптимальных проектных параметров составной твердотопливной |
|
баллистической ракеты с конструкционными материалами............................... |
231 |
6.13. Частная параметрическая оптимизация секундных расходов твердого топлива |
|
двигательной установки баллистической ракеты.................................................... |
233 |
6.14. Влияние «силы пороха» твердотопливных двигательных установок |
|
на основные характеристики баллистических ракет............................................... |
234 |
6.15. Влияние погрешности расчета аэродинамического сопротивления атмосферы |
|
на результаты баллистического проектирования ракет с РДТТ |
235 |
6.16. Влияние закона распределения случайных величин |
|
на статистические параметры дальности полета ракеты........................................ |
238 |
6.17. Связь высоты точки старта ракеты с ее эффективностью...................................... |
239 |
6.18. Параметрическое проектирование баллистических ракет с твердотопливными |
|
двигательными установками различных диаметров............................................... |
244 |
6.19. Параметрическое проектирование баллистических ракет с твердотопливными |
|
двигательными установками одного диаметра....................................................... |
250 |
7. Лабораторный практикум.................................................................................................. |
256 |
7.1. Предварительные замечания....................................................................................... |
256 |
7.2. Лабораторная работа № 1. Формирование контурного облика ракеты |
|
(программа grOBL)......................................................................................................... |
259 |
7.3. Лабораторная работа № 2. Параметрическое проектирование ракеты |
|
(программа KAMFAD)...................................................................................................... |
261 |
7.4.Лабораторная работа № 3. Расчет и формирование графиков изменения характеристик пассивного участка траектории численным интегрированием
дифференциальных уравнений движения головной части ракеты в централь |
|
ном плоском поле силы тяжести Земли (программа grPUT)................................... |
266 |
7.5. Лабораторная работа № 4. Расчет и исследование влияния высоты точки старта |
|
спроектированной ракеты на ее дальность (программа КАМА96).......................... |
268 |
7.6. Лабораторная работа № 5. Расчет и формирование графиков изменения |
|
характеристик пассивного участка траектории движения головной части ракеты |
|
по классическим зависимостям эллиптической теории (программа grELL).......... |
271 |
7.7. Лабораторная работа № 6. Расчет и формирование графиков изменения |
|
характеристик пассивного участка траектории численным интегрированием |
|
дифференциальных уравнений движения в плоскопараллельном поле силы |
|
тяжести Земли - для ракет ближнего радиуса действия |
|
или для артиллерии (программа grPAR)..................................................................... |
275 |
Заключение............................................................................................................................... |
280 |
Библиографический список |
282 |