7. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

7.1. Предварительные замечания

Комплекс лабораторных работ предназначен для качественного усвоения учебного материала студентами, обучающимися по направлению «Авиа- и ракетостроение» (учебные курсы «Проектирование баллистических твердотопливных ракет», «Летательные аппараты», «Основы теории движения ракет»). Предусмотрена возможность практически неограниченного количества вариантов по каждой лабораторной работе.

Общее представление об объеме информационной базы лабораторных работ дает табл. 7.1:

Лабораторная работа № 3. Расчет ПУТ и формирование графиков характеристик движения в центральном плоском поле силы тяжести Земли (программа g r P U T )

В приведенных таблице и схеме обозначены программные модули с расширениями:

.dat - файлы с исходными данными;

.ехе - выполняемые (рабочие) файлы;

.rez - файлы с результатами расчетов;

цифры 1 , 2 , 1 1 определяют последовательность выполнения лабораторных работ (9_БР - исследуется баллистическая ракета класса земля-земля; 9_РН - ракета класса земля - космос).

Все файлы рисунка 7.1 с расширением .dat, выделенные жирным шрифтом, являются результатом работы программы KAMFAD.exe при исходных данных файла KAMFAD.dat.

Файлы obl.dat, grELL.dat, grPAR.dat формируются индивидуально. Все модули являются разработками автора учебного пособия.

Титульные листы лабораторных работ оформляются однотипно на отдельном листе формата А4; сокращенный пример приведен на рис. 7.2:

Министерство образования и науки РФ

Пермский государственный технический университет

Аэрокосмический факультет

Кафедра ракетно-космической техники и энергетических установок

ОТЧЕТ

о выполнении лабораторной работы № ___

(наименование лабораторной работы)

Рис. 7.2. Пример оформления титульного листа к отчету по лабораторной работе

Далее приводится описание и порядок выполнения лабораторных работ.

Порядок выполнения лабораторнойработы

1.Ввести исходные данные своего варианта в файл obl.dat (признак контрольного варианта, заданную дальность, массу ПГ и другие, определенные заданием данные из перечисленных в файле);

2.Запустить файл obl.exe. Результатами работы программы являются:

-файл obl.rez - содержит исходные данные и результаты исследований ракеты (требуется распечатка Файла obl.rez на бумаге: примеры распечаток приведены

вподразделах 6.2, 6.3, 6.4 - «формирование облика ракеты» - соответственно для 1,2 и 3-ступенчатых ракет в неполном объеме; однако при выполнении данной лабораторной работы распечатываются результаты в полном штатном объеме - для всех вариантов от 1 до 10 ступеней ракеты);

-на экран последовательно выводятся два цветных рисунка для полного расчета:

•Рис.оЫ-\ Сравнительные контуры обликов возможных ракет до десятиступенчатых включительно без головной части ракет;

•Рис.о£/-2.График изменения стартовой массы ракеты в зависимости от количества ее ступеней;

требуется распечатка обоих рисунков на бумаге.

Примечание. Один вариант из исследуемых реализуется вручную по зависимостям подраздела 3.4 с помощью, например, калькулятора. Исходные данные для расчета и объем расчета задаются преподавателем.

Примеры выполнения лабораторной работы приведены:

-в подразделе 6.2, рис. 6.1, 6.2; файл obl.rez ограничен вариантом 1-ступенчатой ракеты;

-в подразделе 6.3, рис. 6.24, 6.25; файл obl.rez ограничен вариантами 1- и 2-ступенчатой ракеты;

-в подразделе 6.4, с.211212; рис. 6.49, 6.50; файл obl.rez ограничен вариантами

1-, 2- и 3-ступенчатой ракеты.

Файл obl.rez для отчета приводится в полном объеме.

Отчет по лабораторной работе должен включать титульный лист, текст файла obl.rez и оба рисунка - рис. obi-1 и рис. obi-2. При защите отчета необходимо дать устные пояснения и ответить на вопросы:

Контрольные вопросы

1.Состав ПГ.

2.Отличие УБР от PH.

3.Понятие о продольной перегрузке. Влияние ее на проектные характеристики ракеты.

4.Площадь Миделя ракеты и субракеты.

5.Коэффициент весового совершенства ДУ.

6.Удлинение цилиндрической части ДУ и всей ДУ.

7.Относительная конечная масса ракеты и субракеты.

8.Понятие о контурном облике ракеты.

9.Смысл формулы К.Э. Циолковского.

10.Показать стартовые массы ракет в таблицах результатов.

11.Определить сухую массу 1-й (верхней) субракеты для любой из таблиц результатов.

7.3. Лабораторная работа № 2 Баллистическое проектирование ракеты

(программа KAMFAD)

Целью лабораторной работы является определение основных проектных характеристик твердотопливных ДУ ракеты (продолжительность работы, секундный расход топлива, давление в двигателе, давление на срезе соплового блока), обеспечивающих доставку ПГ заданной массы тпг w на заданную дальность Д*д или разгоняющих ПГ до заданной скорости VKзад. Процесс баллистического проектирования обычно осуществляется на начальной стадии проектирования ракеты, когда необходимо определиться с базовым обликом ракеты и всех ее ДУ. Лабораторная работа 2 является основной.

Теоретические сведения последовательно изложены в разделах 1-5.

Описание базовой версии компьютерной программы KAMFAD на алгоритмическом языке Фортран приведено в [48 - 50].

Программа осуществляет баллистическое проектирование, включающее в себя в приводимой постановке:

~предварительное определение степени сложности ракеты (т.е. количества ступеней) и формирование контурного облика ракеты;

-определение оптимальных проектных параметров по принятому критерию -

детерминированному (дальность или конечная скорость) или стохастическому

(вероятность попадания в заданный диапазон дальности или конечной скорости);

-расчет для полученной оптимальной ракеты аэродинамических моментных и центровочных характеристик; получение численных значений основных внешнетраекторных характеристик ракеты

на АУТ. включая динамические коэффициенты общего и конкретного вида и харак­ теристики возмущающих сил и моментов;

-расчет характеристик рассеивания и назначение ГЗТ;

-определение проектно-конструкторских частных производных.

Вся полученная при работе программы KAMFAD информация является основой для рабочего проектирования ракеты, включая использование конкретно ориентированных подсистем САПР.

Исходные данные для выполнения лабораторной работы 2 сформированы в файле с именем KAMFAD.dat:

200.F8.0 С5,масса ПО,кг

0012 JNA,«0-нет оптимизации,=1-параметры оптимизируются

10.0F4.1 ALK,суммарное удлинение ЛА

5.00F4.1 AL,максимальное удлинение цилиндрической части ДУ

999.00F6.1 AD,максимальный диаметр ДУ/См

0.1.20 2.00 .90 0. !F6.0,3F5.2,F9.0[GE(1-5)

0.1.20 2.00 .90 0. !F6.0,3F5.2,F9.0[GE(6-10)

0.1.20 2.00 .90 0. !F6.0,3F5.2,F9.0[GE(11-15)

по детерминированному критерию и оптимальный по вероятностному критерию) - в зависимости от задания. Рисунок может быть оформлен в цвете (требуется распечатка рисунка на бумаге);

2.Для получения графиков изменения характеристик АУТ запустить рабочий файл grAUT.exe (этот файл использует число из файла grA U Tl.dat, равное количеству строк чисел в файле grAU T.dat, и само содержание файла grAUT.dat); результатами работы программы grAUT.exe являются последовательно выводимые на экран 6 рисунков:

- Рис. A u t-l. Графики изменения по времени V(t), Vx(t), Vy(t)\ - Рис. Aut-2. Графики изменения по времени h(t), x(t), y(t)\

- Рис. Aut-З . Графики изменения по времени ф(Г), 0 (0 , а (0> 8 (0 , М\ - Рис. A ut-4. Графики изменения по времени q(t), X(t), Y(t)\

-Рис.л(кГ-5. Графики изменения по времени R(t), m(t);

-Рис. Aut- в . График изменения по времени m(t)

(требуется распечатка на бумаге всех шести рисунков):

3.Для получения графиков изменения вероятностных параметров результатов полета ракеты на АУТ в функции номера статиспытания п следует запустить рабочий файл grSTI.exe (этот файл использует число статиспытаний из файла grSTIl.dat и само содержание файла grSTl.dat). Результатами работы программы grSTI.exe являются

последовательно выводимые на экран 3 рисунка:

- Рис. S ti-l. Графики изменения по времени Цп), ть(п)\ - Рис. Sti-2. Графики изменения по времени a i(n)\

- Рис. Sti-Ъ. Графики изменения по времени As(n), Ex(ri)

(требуется распечатка на бумаге всех трех рисунков"):

4.Для получения графиков изменения аэродинамических коэффициентов ракеты

[Cx(M,H)]j и [C y(M )\j,j = 1, 2 , 3, ...,р необходимо запустить файл CxCy.exe (этот файл

использует число ступеней, равное либо 1 (1 -ступенчатая ракета), либо 2 (2- ступенчатая ракета), либо 3 (3-ступенчатая ракета) из файла grC xCyl.dat и само содержание файла grCxCy.dat). Результатами работы программы grCxCy.exe являются последовательно выводимые на экран либо 2 (1-2), либо 4 (1-4), либо все 6 (1-6)

рисунков:

- Рис. СхСу- 1. Графики изменения по времени [Сх(М,Н)]\\

- Рис. CxCv-2. Графики изменения по времени [С“(М) ] i,.

- Рис. СхСу- 3. Графики изменения по времени [Сх(М,Н)]2,

- Рис. СхСу-4 . Графики изменения по времени [ С“ (М) ]г,.

-Рис. Сх Су- 5. Графики изменения по времени [Сх(М,Н)]з,

-Рис. СхСу- 6. Графики изменения по времени [С“(Л/)]з

требуется распечатка на бумаге всех полученных рисунков. Примеры выполнения лабораторной работы приведены:

-В подразделе 6.2 (1-ступенчатая ракета, текст файла KAMFAD.rez - рис. 6.3-6.23);

-В подразделе 6.3 (2-ступенчатая ракета, текст файла KAMFAD.rez - рис.6.26-6.39);

- В подразделе 6.4 (3-ступенчатая ракета, текст файла KAMFAD.rez - рис.6.51-6.66).

Отчет по лабораторной работе должен включать титульный лист, текст файла KAMFAD.rez и все полученные рисунки из перечисленных выше (Рис. La, Рис. A u t-1 , ..., Рис. СхСу-6). При защите отчета необходимо дать устные пояснения и ответить на

вопросы:

265

Контрольные вопросы

Аэродинамика

1 . Предмет аэродинамики.

2.Основные допущения аэродинамики.

3.Стандартная атмосфера. Основные параметры воздуха.

4.Аэродинамические силы и моменты.

5.Системы координат, применяемые при изучении аэродинамических сил и моментов (связанная, скоростная, полускоростная).

6 . Разложение векторов полной аэродинамической силы и полного аэродинамического

момента по осям координат.

7. Аэродинамические коэффициенты.

8 . Лобовое сопротивление X.

9.Подъемная сила У.

10.Физическая картина их возникновения и основные составляющие.

11.Поляра и аэродинамическое качество летательного аппарата.

12.Момент тангажа (фокус и нейтральная центровка ракет; продольная статическая устойчивость; продольный демпфирующий момент; продольная балансировка).

Динамика полета

13.Предмет динамики.

14.Этапы исследования динамики ракет.

15.Управляющие силы и моменты, действующие на ракету.

16.Органы управления и стабилизации.

17.Системы координат, применяемые при изучении динамики полета (геоцентрическая, земная, полярная, стартовая).

18.Связь между системами координат через таблицы косинусов.

19.Параметры, определяющие положение ракеты в пространстве.

20.Кинематические соотношения.

21.Уравнения движения (принцип составления уравнений движения; силы, действующие

на ракету в полете; учет влияния кривизны Земли).

22.Классификация нагрузок.

23.Аэродинамический нагрев (основные понятия и определения; изменение

интенсивности аэродинамического нагрева по траектории полета).

Параметрическое проектирование ракеты на ЭВМ

24.Постановка задачи.

25.Исходные зависимости, определяющие математическую модель двигательных

установок, ракеты в целом, условия ее применения, выходные характеристики и

целевую функцию для процесса оптимизации.

26.Понятие об алгоритмах оптимизации градиентными методами.

27.Постановка задачи и схема алгоритма ее решения.

28.Инструкция по работе с компьютерной программой параметрического

проектирования.

29. Рабочий расчет на компьютере с обработкой результатов, оформлением и защитой

отчета.