книги из ГПНТБ / Москаленко Г.М. Инженерные методы проектирования в ракетодинамике

17

И н д е к с ы и с о к р а щ е н и я

акт — активный; арм — арматура;

б — бак; бал— балка; баллон;

в — верхнее; газ — газ;

гар — гарантийный; гор — горючее; дет — деталь;

д. с — двигатель сухой; дн — днище;

д. у — двигательная установка; 3 — земля;

изб — избыточное; к — конечные условия полета; корпус;

каб — кабельная; кр — критический; круговая;

м— мидель;

шах— максимум;

мер —' меридиональное; min — минимум;

н — нижнее; высота; неучтенный; ок — окислитель; оп — опорный; опора; опт — оптимальный;

п — панель; пустота; п. к — панель крепежная;

пл — планирование; пр. н — продольный набор;

р — расчетный; рам — рама;

с. дв — система двигательной установки; ср — срез; среднее; т — топливо;

т. н — топливо наддува; т. о — топливный отсек; шп •— шпангоут;

шп. пр — шпангоут промежуточный; шп. ст — шпангоут стыковочный;

эк — экваториальное; эл — элемент;

О — начальные (стартовые) условия полета; I, II, III — порядковые номера ступеней;

1' — сумма; суммарное давление; суммарная нагрузка; суммарный запас топлива;

F — центр давления; фокус;

Л А — летательный аппарат;

18

Г л а в а I

КЛАССИФИКАЦИЯ РАКЕТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Классификация ракетных летательных аппаратов различных типов и назначений, приведенная в главе, имеет целью показать главные направления их осуществления в прошлом и настоящем и развития в будущем.

Поскольку в настоящее время уделяют большое внимание исследованиям перспективных схем летательных аппаратов мно­ гократного применения, поэтому они здесь также рассмотрены

(см. разд. 1.2).

1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ РАКЕТ

Внастоящее время известно большое количество уже создан­ ных и разрабатываемых разнообразных ракет. Некоторые из них имеют между собой много общего по конструкции, двигательным установкам, энергетическим системам, назначению и т. д. Это дает возможность классифицировать ракеты, разделяя их на группы по отдельным признакам, что, в свою очередь, существен­ но облегчает процесс их изучения.

Классифицировать ракеты можно по различным признакам

(рис. 1):

— по многократности применения,

— по компоновочным схемам,

— по конструкции отсеков,

— по весу и габариту,

—по источнику энергии,

—по агрегатному состоянию топлив,

—по способу подачи топлива,

—по типу старта,

—по назначению,

—по боевому применению.

Классификация ракет по многократности применения

Различают ракеты однократного применения (не спасаемые) и многократного применения (спасаемые).

20

Рис. 1. Классификация ракет

Ракеты однократного применения не предназначены для по­ вторного использования, и их конструкция разрушается во время полета в заданных точках траектории.

Ракеты многократного применения приспособлены для по­ вторного использования. Они имеют специальные устройства (аэродинамические поверхности или несущий корпус), которые дают возможность всей ракете или только части ее (частично спасаемая ракета) вернуться на Землю без повреждений и быть использованной повторно после относительно небольшого вос­ становительного ремонта. В дальнейшем такие системы (пилоти­ руемые или непилотируемые) будем называть многократно ис­ пользуемыми космическими системами.

Рис. 2. Схема полета двухступенчатой ракетной системы со спасаемыми крылатыми ступенями (старт и посадка II ступени условно разнесены)

Ракеты с бортовыми средствами спасения (парашютной си­ стемой, гибким крылом, авторотирующей системой, реактивной системой торможения и другими) занимают особое место среди ракетных летательных аппаратов (РЛА), поскольку они рассмат­ риваются в основном как модифицированные варианты ракетносителей многократного применения.

Ракетная система может быть возвращена на Землю полно­ стью и тогда такая система является полностью спасаемой. Схе­ ма полета двухступенчатой ракетной системы со спасаемыми крылатыми ступенями показана на рис. 2. Ракета может быть возвращена на Землю не полностью, а только часть ее (напри­ мер первая ступень), и тогда такая ракета является частично спасаемой. Исследования с учетом стоимости показывают, что для тяжелых ракет-носителей экономически выгодным является

22

спасение прежде всего первой (самой тяжелой) ступени. Однако в тех случаях, когда ракета предназначается для пилотируемого полета, ее спасаемой ступенью (или головной частью) может быть именно последняя ступень, выполненная в виде пилотируе­ мого космического корабля [12]. Ввиду большого разнообразия возможных схем ракетно-космических летательных аппаратов многократного применения (см. разд. 1.2) и неустановившейся терминологии (воздушно-космический самолет, астроплан, кос­ мический корабль, ракетный самолет и т. д.) таких летательных аппаратов [12], в дальнейшем мы будем называть их ракетопла­ нами. Поскольку системы многократного применения представ­ ляют перспективный класс РЛА, им в дальнейшем (см. разд. 1.2) будет уделено особое внимание.

Классификация ракет по компоновочным признакам

К компоновочным признакам ракет относятся конструктивно­ силовые схемы, характеризующие конструкцию летательного ап­ парата в целом. По этим признакам ракеты могут быть разде­ лены на одноступенчатые (одиночные) и составные (многосту­ пенчатые) ракеты. Сюда относятся также и так называемые непрерывные ракеты.

По классическому определению одноступенчатыми ракетами называются такие, полет которых происходит за счет отброса активных масс; многоступенчатыми — такие, полет которых про­ исходит за счет отброса активных и пассивных масс. Активными

активных масс происходит непрерывно в течение активного поле­ та (при работающем двигателе), пассивных масс — дискретно» после отделения активных масс.

Непрерывные ракеты являются как бы синтезом одноступен­ чатых и составных ракет, полет которых происходит при непре­ рывном истечении активных и пассивных масс.

Непрерывные ракеты не были построены из чисто конструк­ тивных трудностей организации механического процесса подачи топлива с пассивной (конструкцией) массой в камеру сгорания двигателя. Типовая схема непрерывной ракеты на твердом топ­ ливе может быть представлена, как показано на рис. 3.

Уракет последовательной схемы ступени расположены друг за другом и их отделение происходит поочередно по мере выгора­ ния топлива в младших (нижних) ступенях. Двигатели ступеней таких ракет включаются в работу поочередно.

Уракет параллельной или как их называют «пакетной» схе­ мы ускорители ступеней располагаются рядом (пакетом) и их отделение происходит параллельно от крайних к средним. Все

23

двигатели пакетов работают одновременно с момента старта ракеты.

Пакеты в свою очередь могут быть с переливом топлива и без перелива. В первом случае по мере полета топливо переливается ■ (непрерывно или дискретно) из ускорителей младших (преды­ дущих) ступеней в ускорители старших (последующих) ' ступе­ ней; во втором случае двигатели сту­ пеней расходуют топливо только своих ступеней. Пакеты могут быть состав­ лены из одинаковых (по конструкции, размерам, топливу и т. д.) и неодина­

ковых ракет.

Составные ракеты называются «комбинированными», если они обра­ зованы последовательной и пакетной схемами.

На рис. 4 приведены схемы одно­ ступенчатых баллистических снарядов СШ А и немецкого снаряда времен Отечественной войны А-4, выполнен­ ные в одинаковом масштабе:

«Юпитер» разрабатывался под руководством Редстоунского ар­ сенала. Система наведения инерциальная фирмы Сперри-Рэнд: силовая установка такая же, как у снаряда «Тор», но верньер­ ный двигатель один, и снаряд перед запуском ориентируется по азимуту.

На серийных снарядах может быть установлен другой носо­ вой конус. Длина снаряда 17,7 м; диаметр корпуса 2,65 м; стар­ товый вес 47,5 тс; максимальное число М около 12;

б — тактический баллистический снаряд «Редстоун» разрабо­ тан для армии СШ А Редстоунским арсеналом. Выпускается се­ рийно. Система наведения инерциальная фирмы Сперри-Рэнд. Для управления используются аэродинамические поверхности, газовые рули и поверхности управления на отделяемой перед­ ней части корпуса. Ракетный двигатель «Рокетдайн» с неподвиж­

вый вес около 27 тс; расчетная дальность около 320 км; макси­ мальное число М полета около пяти;

24

товляется фирмой Спарк Плаг. Силовая установка состоит из одного Ж РД «Рокетдайн» с камерой сгорания, установленной на кардановом подвесе, с тягой 68—75 тс. Имеются два вернь­ ерных двигателя для уточнения траектории полета.

ществующей модификации снаряда 2400 км; максимальное чис­ ло М;

г — тактический баллистический снаряд А-4 (Ѵ-2) разрабо­ тан для немецкой армии в 1939— 1944 гг. Ракетный двигатель с неподвижной камерой сгорания и тягой 25 тс. Система наведе­ ния снаряда состояла из автопилота и доплеровской радиоси­ стемы, которая позднее заменена системой вычисляющих аксе­ лерометров. Управление осуществлялось посредством аэродина­ мических и газовых' рулей. Боевая головка с зарядом амматола весом 750 кгс.

Длина снаряда 14,3 м; диаметр корпуса 1,657 м; стартовый вес 12870 кгс; расчетная дальность 350 км; максимальное число М = 4,4.

25