книги из ГПНТБ / Динамика полета и конструкция крылатых летательных аппаратов

данию боевых беспилотных реактивных летательных аппаратов са­ мого различного назначения при еще более .разнообразных кон­ структивных решениях. Например, 'Применение радиолокационного взрывателя (фиг. 2.3) и других неконтактных дистанционных взры­ вателей значительно увеличило вероятность поражения цели, обес­ печивая разрыв снаряда не только при прямом попадании снаряда в цель, но и при его пролете на расстоянии от цели до 20 м. Это об­ стоятельство привело к возможности использования неуправляемых авиационных (реактивных снарядов (НАРС) в целях поражения одиночных целей.

Для стабилизации движения прежние реактивные снаряды име­ ли неподвижное хвостовое оперение, что требовало наружной под­ вески PC на самолет под крылья или фюзеляж. Это обстоятельство

По 1-1 Уловитель твердых

частиц

НАРС с радиовзрывателем и складным оперением

вд= вд=(о,оое^о,оов)сд

Фиг. 2.3

снижало максимальную скорость полета самолетов-истребителей 1935—1940 гг. на 10—15%. Современные же НАРС имеют склад­ ное оперение (фиг. 2.3), что -позволяет перейти от наружной под­ вески реактивных снарядов к размещению их в выдвижных кассе­ тах, при убранном положении которых максимальные скорости по­ лета самолетов не снижаются.

Далее, с ростом скоростей и высот полета бомбардировщиков снижается эффективность обычного бомбометания, что обусловли­ вается большой величиной вероятного отклонения бомб по дально­ сти. и бокового отклонения, которое можно определить по следую­ щей эмпирической формуле:

Вд ~ В б = 9Я + 0.09И,

гд е // в км, V вкм/час. Например,прн//=15 км и V= 1500км/час Вд= Ва = 270 м, т. е. недопустимо велико. Это обстоятельство

400

привело к созданию управляемых авиационных бомб (УАБ) поз­ воляющих корректировать тем или иным способом траекторию их падения и тем самым повысить вероятность поражения цели

(фиг. 2.4).

Для снижения потерь бомбардировщиков при бомбардировании целей, имеющих мощную ПВО, в настоящее время созданы плани­ рующие бомбы, управляемые авиационные торпеды (УАТ) и авиа­

ционные самолеты-снаряды (АОС), позволяющие поражать цели с больших расстояний в 100—200 км, не .подвергаясь опасности быть сбитым огнем зенитной артиллерии (фиг. 2.5).

Более того, ракетное оружие начинает широко применяться в системе ПВО (фиг. 2.6), снабжаемой зенитными управляемыми ра­ кетными снарядами (ЗУРС): Причиной этого служит снижение эф­ фективности при стрельбе из зенитных пушек по самолету, летя­ щему с большой скоростью и на большой высоте, что можно уяс­ нить с помощью следующего примера. Обстреливаемый самолет летит на высоте 9 км со скорстыо 800 км/час. Этой высоты снаряд достигает через 30 секунд, а за это время самолет пролетит 6,5 км. При снаряде с неконтактным взрывателем эффект взрыва достаточ­ но мощный в пределах.окружности радиуса 9 м, и достигнуть рас­ четного пункта перехвата снаряд должен в точно назначенное вре­

Фиг. 2.6

мя. При этом самолет будет сбит только в том случае, если его от­ клонения от теоретического курса не превысят 3 м с момента выпу­ ска снаряда, что маловероятно. Кроме того, на таких высотах очень трудно определить курс самолета, да и снаряды требуют большого калибра.

Таким образом, если цель после выстрела снаряда отклонилась от своего первоначального курса, то вероятность поражения ее сна­ рядом становится ничтожно малой. Очевидно, что вероятность по­ ражения цели -значительно увеличится, если имеется возможность изменять в необходимую сторону траекторию движения снаряда, что и осуществляется у ЗУРС.

Наконец, рост скоростей самолетов связан с неизбежным увели­ чением посадочных и взлетных скоростей, в свою очередь приводя­ щим к увеличению разбега и пробега самолетов по земле.'Это об­ стоятельство приводит к повышению аварийности, особенно после совершения боевых вылетов и при плохой погоде. Так, например, по данным американской статистики, во время второй мировой войны 75% боевых самолетов было выведено из строя вследствие взлет-

402

ио-п-осадочиых происшествий, а в то время взлетно-посадочные ско­ рости самолета были порядка 130—150 км/час. Кроме того, совре­ менные аэродромы с их длинными взлетно-посадочными бетониро­ ванными полосами путем бомбардировок атомными бомбами легко могут быть выведены из строя на долгий срок.

В этих условиях для бомбардировки наземных и. водных целей становится рациональным применение беспилотных самолетов-сна­ рядов разового действия, для запуска которых не требуется аэро­ дромов. Кроме того, их действия не зависят от, погоды и психофи­ зиологических организаций пилотируемых самолетов, а скорость полета и маневренность могут быть значительно выше, чем у само­ летов, пилотируемых человеком.

Могучим конкурентом бомбардировщиков в настоящее время являются баллистические ракеты, обладающие скоростями полета (в 15—20 раз большими скорости звука), недосягаемыми самоле­ тами, и дальностями, позволяющими производить обстрел любой точкиземного шара.

Таким образом, в настоящее время ракетное оружие весьма раз­ нообразно по своему назначению и конструктивному оформлению. Классификация и основные свойства ракетного оружия приведены ниже.

§ 2.2. ОБОБЩЕННАЯ КЛАССИФИКАЦИОННАЯ СХЕМА РАКЕТНОГО ОРУЖИЯ И ЕГО КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПО РАЗЛИЧНЫМ ПРИЗНАКАМ

Исходя из общих требований, предъявляемых к оружию, ко всем управляемым реактивным снарядам, при заданном типе и мощно­ сти боевого заряда, предъявляются следующие к а ч е с т в е н н ы е

тр е б о в а н и я :

—возможно большие скорость, дальность, высота полета и ма­ невренность управляемого реактивного снаряда (УРС);

—возможно меньшие габариты и вес, что при прочих равных условиях улучшает аэродинамические характеристики УРС, упро­ щает хранение, транспортировку, установку и производство стрельбы;

—оборудование, устанавливаемое на снарядах, должно, обла­ дать высокой надежностью, работать согласованно и немедленно после включения в условиях больших перегрузок (в • полете" про- » дольные перегрузки достигают 40, а боковые — -порядка 12, дейст­ вующие зачастую одновременно), при различных температурах и посте прс/должительного хранения;

—желательно, чтобы система наведения не воспринимала по­ мехи, создаваемые противником, однако это труднодостижимо;

—так как УРС являются оружием одноразового действия, то. ■ особо большое значение имеют .простота и дешевизна их изготовле­ ния и недефицитность применяемых материалов, что также трудно­ осуществимо.

Очевидно, что невозможно удовлетворить всем этим требова­ ниям в одной конструкции, что обусловило большое разнообразие,

современных УРС, характеристики основных типов которых приво­ дятся .ниже.

По тину поражаемой цели реактивйое оружие подразделяется на две основных группы: на реактивные снаряды, предназначенные для поражения воздушных целей, и на реактивные снаряды для по­ ражения наземных (или морских) целей (фит. 2.7).

Фиг. 2.7

Воздушные цели маложивучи, но высокоподвижны, следова­ тельно, для их поражения требуются рысокоманевренные управляе­ мые реактивные снаряды.

Наземные цели (морские) малоподвижны, но, как правило, весьма живучи и для их поражения требуется оружие большой раз­ рушительной силы.

По месту запуска и взрыва реактивные снаряды подразделяют, на типы: «воздух-воздух», что означает запуск снаряда с самоле­ та-носителя для поражения летательных аппаратов, находящихся в воздухе, и соответственно «воздух-земля», «воздух-корабль»; да­ лее «корабль-корабль», «корабль-земля», «корабль-воздух» и, на­

404

конец, «земля-земля», «земля-корабль», «земля-воздух». Снаряды «земля-воздух», запускаемые с земли по воздушным целям, полу­ чили сокращенное название ЗУРС, что означает зенитный управ­ ляемый реактивный снаряд.

По боевым зарядам PC различают: фугасные, бронебойные, ку­ мулятивные, атомные, термоядерные реактивные снаряды; по типу взрывателей — с контактными и неконтактными взрывателями.

По способу наведения подразделяют: н е у п р а в л я е м ы е р е ­ а к т и в н ы е с н а р я д ы (НРС), или ракеты, и у п р а в л я е м ы е

Управляемые авиационные реактивные снаряды (УАРС), как' правило, имеют головку самонаведения снаряда на цель. Их сокра­ щенное название «СНАРС».

движения определяется заранее установленной программой полета, осуществляемой аппаратурой, размещенной на снаряде. Основными достоинствами подобной системы управления являются ее высокая помехоустойчивость и относительная простота конструкции системы управления. Однако точность наведения на цель незначительная и составляет

пределах может быть изменена траектория движения снаряда

ние), движение которых в начальном участке траектории осущест­ вляется с помощью телеуправления с места запуска, а при подходе к цели — путем самонаведения.

405

При отсутствии внешних помех вероятность поражения воздуш­ ных целей подобными снарядами достигает 60%, т. е. Очень боль­

шая.

Крылатые управляемые авиационные реактивные снаряды типа «воздух-земля» обычно подразделяются на:

—УАБ, т. е. управляемые авиабомбы (фиг. 2.4). Дальность по­ лета их примерно равна высоте сбрасывания и потому применяются для поражения малоразмерных целей со слабой ПВО;

—УАТ — управляемые торпеды (фиг. 2.5), имеющие дальность

полета в пределах 30—50 км. Применяются для поражения мор­ ских целей с противовоздушной обороной средней мощности;

— авиационные самолеты-снаряды — АСС (фиг. 2.5). Их даль­ ность полета находится в пределах 100—300 км п предназначается для поражения целей, имеющих мощную противовоздушную обо­ рону.

Близкими по конструктивной схеме к АСС являются самолетыснаряды типа «земля-“земля», «корабль-корабль» или комбинация «корабль-земля». Эти снаряды при дальности порядка 500—1000 км служат для поражения важных объектов в ближайшем тылу про­ тивника, а при дальности, доходящей до 10000 км, — для пораже­ ния площадных, межконтинентальных целей (фиг. 2.6).

Далее УРС подразделяют ■помногочисленным конструктивным признакам, например по типу несущих поверхностей и аэродина­ мических рулевых поверхностей, по типу двигателей и т. д. Озна­ комления со схемами и свойствами УРС, связанных с их конст­ рукцией, произведено в -последующих главах.

ГЛАВА III

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРОЧНОСТИ к р ы л а т ы х ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

§3.1. СВЯЗЬ МЕЖДУ ПРОЧНОСТЬЮ, ЖЕСТКОСТЬЮ

ИЭКСПЛУАТАЦИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ КРЫЛАТЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ

АППАРАТОВ

Для обеспечения безопасности полета прочность самолета (и других летательных аппаратов) должна быть такой, чтобы при раз­ личных условиях полета (взлет, посадка, выполнение маневров, по­ лет в неспокойном воздухе) напряжения в элементах конструкции во избежание остаточных деформаций не превосходили предела пропорциональности. Кроме того, части самолета (реактивных сна­ рядов и т. л.) должны иметь достаточную жёсткость, чтобы их уп­ ругие деформации при изгибе и кручении небыли бы чрезмерными,

•4&

так как в .противном случае могут нарушиться аэродинамические свойства летательных аппаратов (устойчивость, управляемость) или возникнуть недопустимые вибрации его частей.

Вместе с тем конструкция должна быть возможно более легкой, для того чтобы полезная грузоподъемность ('боевая, коммерческая) была наибольшей.

Таким образом, прочность и жесткость летательных аппаратов должны быть минимальными, но достаточными для совершения безопасных и безотказных полетов. Поэтому для правильного рас­ чета .летательных аппаратов па прочность прежде всего необходи­ мо знать нагрузки на части самолета или реактивного снаряда, ко­ торые могут возникнуть в различных случаях эксплуатации. В пер­ вую очередь необходимо знать их величину, направление и точки приложения.

§ 3.2. НАГРУЗКИ НА КРЫЛАТЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ

Основными нагрузками, действующими в полете на части лета­ тельных аппаратов, являются аэродинамические и инерционные силы. Кроме того, на летательные аппараты воздействуют тяга си­ ловых установок, силы отдачи при стрельбе из оружия и силы внут­ реннего давления герметических кабин и отсеков.

При взлете и посадке на летательные аппараты действуют силы реакции земли или. воды, а в случае принудительного старта — и силы катапультирующих устройств.

Характерной особенностью аэродинамических нагрузок является их переменность по величине, по направлению -и по распределению (или точнее приложения).

•Проще всего это положение можно уяснить, рассматривая аэро­ динамические силы, действующие на крылья в различных случаях полета.

Аэродинамические силы, действующие на крыло в случае горизонтального полета

Как известно, при установившемся горизонтальном полете все силы, действующие на самолет, должны находиться в равновесии, в частности, в первом приближении, подъемная сила крыла Y должна равняться весу самолета, т. е.

ляется вдоль размаха крыла примерно пропорционально его хор­

407

погонные нагрузки соответственно от аэродинамических и массо­ вых сил крыла. Однако точка приложения и направление аэро­ динамических сил, действующих на крыло вдоль его хорды, не

остаются постоянными. Так, например, при горизонтальном по­ лете на малой скорости (что имеет место при полете на боль­ ших су, а следовательно, на больших углах атаки), точка при­ ложения равнодействующей аэродинамических сил R находится

R

ближе к передней кромке крыла и отклонена вперед так, что состав­ ляющая Qi в плоскости хорд направлена к передней кромке крыла

(фиг. 3.2).

408

При горизонтальном же полете на большой скорости точка при* ложения равнодействующей аэродинамических сил крыла переме­ щается ближе к задней кромке и наклоняется назад, при этом со­ ставляющие аэродинам ических сил Q! в плоскости хорд направле­ ны к задней кромке крыла (фиг. 3.2).

Так как ось жесткости крыла обычно находится на расстояний 35—40% хорды крыла от его носка, то при полете на различных скоростях на крыло будет действовать крутящий момент, вызван­ ный аэродинамическими силами, переменного знака.

Еще в большей мере изменяются аэродинамические силы при неустановившихся и криволинейных полетах.

Аэродинамические силы, действующие на крыло в криволинейном полете. Понятие об эксплуатационной перегрузке

Если подъемная сила крыла не равна весу самолета, то полет будет происходить по криволинейной траектории либо с набором высоты, либо со снижением.

Фиг. 3.3

Рассмотрим силы, действующие на самолет при его криволиней­ ном полете в вертикальной плоскости, например, при выходе из пи­ кирования со скоростью V, с радиусом кривизны траектории дви­ жения г (фиг. 3.3). При этом на самолет'будут действовать: У — подъемная сила, G — сила веса всего самолета, направленная вер­ тикально вниз; Q — сила аэродинамического сопротивления; Р — сила тяги силовой установки.

В целях упрощения пренебрегаем силами Q и Р, а также аэро­ динамическими силами, действующими на горизонтальное оперение, что можно сделать без ущерба для последующих выводов.

40$