книги из ГПНТБ / Киселев, С. П. Ракета в воздушном океане

Для приведения в действие органов управления на ракете имеются приводы, которые могут быть электриче­ скими, гидравлическими или пневматическими.

Газодинамическое (реактивное) управление. Еслискорости полета ракеты малы, то аэродинамические си­ лы, создаваемые управляющими органами, так же малывследствие небольшого напора воздушного потока. По­ этому аэродинамическое управление ракетой будет недо­ статочно для удержания ракеты на расчетной траекто­ рии. То же самое произойдет, если ракета летит в верх­ них слоях атмосферы, где плотность воздуха мала. А как же в этом случае управлять ракетой? В этих условиях, применяется газодинамическое управление или комбина­ ция аэродинамического управления с газодинамическим. На очень больших высотах, где атмосфера практически отсутствует, аэродинамическое управление становится вообще невозможным, тогда применяется только газоди­ намическое управление.

Как уже указывалось, при газодинамическом управ­ лении ракетой управляющие усилия создаются газами, вытекающими из сопла двигателя.

На ракете в месте выхода газов из сопла двигателя устанавливаются газовые рули из жароустойчивых ма­ териалов. Газовая струя действует на эти рули по тем же законам, что и аэродинамическая сила на воздушные рули. Газодинамическая сила руля создает относительно центра тяжести ракеты момент, который и поворачивает ракету на определенный угол. После поворота ракеты на заданный угол газовые рули возвращаются в нейтраль­ ное положение.

Изменение направления полета ракеты (реактивного снаряда) можно осуществить, изменяя направление дей­ ствия реактивной силы. Это достигается поворотом все­ го двигателя, перекрытием части сопел ракеты двигате­ ля, установкой специальных двигателей с косопоставленными соплами.

Например, в английском противотанковом реактив­ ном снаряде «Пай» поворот достигается перекрытием од­ ного или нескольких сопел, которые расположены по ок­ ружности хвостовой части снаряда. При перекрытии час­ ти сопел изменяется направление реактивной силы сна­ ряда, и он поворачивается в нужном направлении.

140

Аэродинамика и рассеивание ракет

Перед пуском ракеты заранее рассчитываются коор­ динаты точек (цели, районы) падения ракеты, координа­ ты воздушного или космического пространства, где ракета должна пролететь в заданное время.

Однако координаты точек падения ракет несколько от­ личаются от расчетных. И этого избежать нельзя, можно только принимать соответствующие меры, чтобы умень­ шить разницу между расчетными и фактическими точка­ ми падения ракет до практически приемлемых величин.

Координаты точек падения ракет являются случайны­ ми величинами, так как при полете происходит рассеи­ вание ракет.

Рассеиванием ракет называется отклонение точек падения ракет от расчетных, вызываемое случайными причинами. Рассеивание ракет является очень важной характеристикой их, так как оно определяет точность посадки (попадания) ракеты в заданную точку (цель). На величины рассеивания влияют многие факторы, в том числе и аэродинамические. Одни причины вызывают небольшое рассеивание, другие большое. Причины, вы­ зывающие большое рассеивание, называют основными причинами.

Для каждого типа ракет основными причинами рас­ сеивания могут быть свои, характерные только для дан­ ного типа ракет.

Что же такое случайная величина? Воспользуемся опытом артиллеристов.

Если в короткий промежуток времени из артиллерий­ ского орудия одинаковыми снарядами и зарядами, при одном и том же угле возвышения, т. е. при всех одина­ ковых условиях, произвести большое количество выст­ релов, то все снаряды упадут на некоторой площади, которая образует плоскую фигуру. В теории вероятности эта фигура называется э л л и п с о м р а с с е и в а н и я (рис. 52). Внутри эллипса рассеивания падение снарядов распределяется так, как показано на рис. 52. Это для од­ ного конкретного случая, для одной стрельбы. Для каж­ дой стрельбы будет свой эллипс рассеивания. Таким об­ разом, случайными величинами называются такие ве-

141

личины, которые при неоднократном повторении одного и того же опыта (в нашем случае повторение выстрелов) несколько отличаются друг от друга. В повседневной жизни и технике можно привести очень много примеров случайных величин. Но у одних величин «доля случайно­ сти» очень мала, и в практике ею можно пренебречь. Та­ кие величины на практике рассматриваются как неслу­ чайные. В других случаях этого сделать нельзя.

Артиллеристы, например, не могут пренебречь рас­ сеиванием снарядов при стрельбе.

Рассеивание неуправляемых ракет превышает рассе­ ивание артиллерийских снарядов. Поэтому пренебречь рассеиванием неуправляемых ракет тем более нельзя.

Для оценки рассеивания применяется закон распреде­ ления случайных величин. Таких законов много. Но для оценки рассеивания артиллерийских снарядов использу­ ется так называемый нормальный закон распределения случайных величин (его часто называют закон Гаусса). Эллипс рассеивания, показанный на рис. 52, и есть гра­ фическое изображение нормального закона распределе­ ния случайных величин. Зная этот закон, можно рассчи­ тать, какое количество снарядов следует выпустить по цели, чтобы ее поразить. Как видно из рисунка, наиболь­ шее количество снарядов падает вблизи центра эллипса. Чем дальше от центра, тем меньшее количество упавших снарядов. Совпадающая с центром эллипса точка, вок-

142

руг которой падает наибольшее количество снарядов, называется центром рассеивания. За единицу рассеива­ ния принимается не весь эллипс, а ширина полосы, в пределах которой при достаточно большом количестве выстрелов попадает 50% снарядов. Размер такой полосы по дальности условно обозначают 2Вд и называют в е р о ­

о т к л о н е н и е м .

Вопрос о законах рассеивания артиллерийских сна­ рядов, нормальном законе распределения и единицах рассеивания в артиллерии мы рассмотрели потому, что этот закон распределения и единицы рассеивания принят и для неуправляемых ракет. Но рассеивание неуправля­ емых ракет превышает рассеивание артиллерийских снарядов, особенно в боковом направлении.

Так, например, отношение Вб/х (вероятное боковое отклонение в долях дистанции), — т. е. отношение веро­ ятного бокового отклонения к расстоянию от пусковой установки до места падения ракеты (реактивного снаря­ да) для различного типа ракет, применявшихся во вто­ рой мировой войне 1939— 1945 гг., колебалось в преде­ лах от '/is до 1/юо- В то же время это отношение для1 артиллерийских снарядов, выстреливаемых из нарезных орудий, имеет величину около Visoo—1/зт- Следова­ тельно, рассеивание артиллерийских снарядов в боковом1 направлении 30— 100 раз меньше, чем рассеивание неуп­ равляемых ракет. Отношение Вд/х (вероятное отклоне­ ние по дальности в долях дистанции, т. е. вероятноеотклонение по дальности, деленное на расстояние от пу­ сковой установки до места падения ракеты) для неуп­ равляемых ракет колеблется от V3o до Vioo, а для артил­ лерийских снарядов у 2оо—Узоо. Следовательно, рассеи­ вание неуправляемых ракет по дальности во много раз меньше, чем в боковом направлении, но все же в 3—7 раз превышает рассеивание артиллерийских снарядов.

В чем же основные причины рассеивания неуправля­ емых ракет?

Дело в том, что если артиллерийский снаряд, двига­ ясь в стволе орудия от нулевой до максимальной скоро­ сти, имеет строго заданное направление, то направление

143

неуправляемой ракеты на участке, на котором она наби­ рает скорость, не стабильно: реактивный двигатель пре­ кращает работу, когда ракета двигается уже по воздуху.

Рассеивание таких ракет на активном участке траек­

изготовить идеальную ракету, то в ней реактивная сила действовала бы в направлении продольной оси ракеты. И в этом случае ракета двигалась бы по расчетной тра­ ектории. Но такую ракету изготовить не представляется возможным. В результате допусков на изготовление ра­ кеты и ее деталей, неточной установки двигателя и по другим причинам, сила тяги направлена под некоторым углом к продольной оси ракеты. Из-за этого возникает эксцентриситет реактивной силы. Эксцентриситет опреде­ ляется величиной отклонения реактивной силы от про­ дольной оси ракеты (на рис. 53 расстояние d).

В данном случае реактивную силу R разлагают .на две составляющие: силу Р\, направленную по продоль­ ной оси ракеты, и силу Ег, перпендикулярную к ней. Под действием силы образуется момент, отклоняющий ракету от заданного направления.

Для устойчивого полета ракеты центр давления ее должен находиться сзади центра тяжести ракеты ,на про­ дольной ее оси. (Центром давления называется точка

144

Направление поворота.ракеты

Рис. 54. Отклонения неуправляемой ракеты порывом ветра

пересечения линии действия полной аэродинамической силы R с продольной осью ракеты).

На практике центр давления несколько отклоняется от продольной оси ракеты.

В результате образуется эксцентриситет аэродинами­ ческой силы, подобно эксцентриситету реактивной силы. Эксцентриситет аэродинамических сил отклоняет ось ра­ кеты, а вместе с ней и направление реактивной силы.

Таким образом, причины и следствия эксцентриситета аэродинамических сил те же, что и эксцентриситета ре­ активной силы.

Третьей основной причиной рассеивания ракет явля­ ются внешние воздействия, главным образом, ветер. Ве­ тер действует на всей траектории полета ракеты (на ак­ тивном и пассивном участке).

Интересно отметить, что боковой ветер отклоняет ра­ кету в сторону, противоположную направлению ветра, в то время как артиллерийский снаряд отклоняется по направлению ветра. Это хорошо видно из рис. 54.

Причина — наличие оперения у ракеты. Оперение отклоняется в направлении ветра, а носовая часть раке­ ты — в противоположную сторону.

На рассеивание неуправляемых ракет влияют также технологические допуски на изготовление частей ракеты, ее заряда, нестабильность работы двигателя, отклонение метеорологических данных от нормальных (ветра, темпе­ ратуры и давления воздуха), отклонение веса ракеты от расчетного, отклонение площади наибольшего сечения

145

ракеты от расчетного, отклонение формы ракеты от стан­ дартной (это приводит к изменению коэффициентов ло­ бового сопротивления, изменяющего силу лобового соп­ ротивления) и др.

Пассивный участок неуправляемой ракеты в принци­ пе ничем не отличается от пассивного участка артилле­ рийского снаряда. А это значит, что основную роль в рассеивании ракет играет активный участок траектории, на котором работает реактивный двигатель.

Какие же пути существуют для уменьшения рассеива­ ния неуправляемых ракет?

Для уменьшения эксцентриситета силы тяги и аэро­ динамических сил применяется проворачивание ракет, о котором мы уже говорили. При проворачивании ракеты отклонение ее в результате действия эксцентриситета со­ вершается не в одном направлении, а по всей окружно­ сти. Это значительно уменьшает рассеивание.

При этом, чем быстрее проворачивание оперенных ракет, особенно на начальном участке траектории (пер­ вые метры полета), тем уменьшение рассеивания более заметно.

Для таких неуправляемых ракет, у которых прекра­ щает работу двигатель (заканчивается горение заряда), еще на направляющих, рассеивание имеет примерно ту же величину, что и для артиллерийских снарядов.

Рассеивание неуправляемых ракет уменьшается при большом укорочении активного участка траектории.

Рассеивание неуправляемых ракет уменьшается так­ же при удлинении направляющих, которые вызывают увеличение скоростей ракет при сходе с направляющих.

Часть причин, вызывающих рассеивание неуправля­ емых ракет, которые указаны выше, учитывается при подготовке пуска ракет (например, отклонение метеоро­ логических условий от стандартных; отклонение массы ракеты от расчетной — учитывается специальными поп­ равками и т. д .).

Причины, влияющие на рассеивание управляемых ра­ кет, оказывают влияние и на управляемые ракеты.

Но эти причины в значительной степени устраняются системами управления. Рассеивание управляемых ракет зависит в основном от метода управления. Систем управ­ ления и их' разновидностей много, каждая из них имеет

146

З А К Л Ю Ч Е Н И Е

Даже такое краткое знакомство с основами аэродина­ мики дает представление о том большом значении, ко­ торое имеет эта наука в раззитии и усовершенствовании летательных аппаратов, особенно в самолетостроении и ракетной технике.

Только благодаря выводам аэродинамики малых ско­ ростей человек мог создать самолет, способный выпол­ нять народнохозяйственные и военные задачи.

Решение задач аэродинамики больших скоростей — газодинамики — позволило создать совершенные сверх­ звуковые самолеты, ракеты и космические корабли, уле­ тающие в космос и возвращающиеся на землю.

Выводы аэродинамики используются не только при создании летательных аппаратов, но и для создания но­ вых и усовершенствования существующих наземных ви­ дов транспорта, водного транспорта и в других отраслях народного хозяйства.

В настоящее время создаются машины на воздушной подушке. Это самый новый и самый молодой вид транс­ порта. Эти машины называют вездеходы, автолеты. Та­ кие машины не соприкасаются с опорной поверхностью, а висят на тонком слое воздуха •— воздушной подушке.

Эти машины при движении не испытывают сопротив­ ления трения о землю, асфальт, как автомобили, не ис­ пытывают трения о рельсы, как поезда на железной до­ роге, не испытывают трения о воду, как теплоходы на воде. Видимо, это транспорт будущего. При проектиро­ вании таких машин используются выводы аэродинамики. Такие машины могут развивать скорость, измеряемую не десятками, а сотнями километров в час.

Выводы аэродинамики используются при проектиро­ вании газовых турбин и т. д.

Все это указызвает на то, что и в дальнейшем все раз­ делы аэродинамики будут развиваться так же бурно, и их выводы будут использоваться для практических це­ лей.

148

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

А р о н и н Г. С. Практическая аэродинамика. Воениздат, 1962,

286с.

Ад а с и н с к и й С. А. Транспортные машины на воздушной по­

149