Ю.Б.Рубцов Введение в авиационную технику и технологию Б.Н.Слюсарь

ЛЕКЦИЯ №5

Тема: Принципы полета и классификация летательных аппаратов

5.1. Классификация принципов полета

Полет основан на преодолении гравитационной силы (силы тяжести) G= тg, где G - сила земного тяготения, Н; т - масса летящего тела, кг; g- ускорение свободного падения, м/с2.

Сила, преодолевающая силу тяжести, называется подъемной силой. В равномерном горизонтальном установившемся полете подъемная сила Y уравновешивает силу тяжести (Y= -G).

Принцип полета определяется тем, каким образом и за счет чего создается подъемная сила. В настоящее время техническое значение имеют следующие принципы полета:

-баллистический - здесь сила Y определяется силой инерции летящего тела за счет начального запаса скорости или высоты, поэтому баллистический полет называют также пассивным;

-ракетодинамический - здесь сила Y определяется реактивной силой за счет отбрасывания части массы летящего тела. В соответствии с законом сохранения импульса системы возникает движение при отделении от тела с какой-либо скоростью некоторой части его массы;

-аэростатический - здесь сила Y определяется архимедовой силой, равной силе тяжести вытесненной телом массы воздуха;

-аэродинамический - здесь сила Y определяется реактивной силой за счет отбрасывания вниз части воздуха, обтекающего тело при его движении, т. е. определяется силовым воздействием воздуха на движущееся тело.

При полете в атмосфере кроме силы тяжести приходится преодолевать силу сопротивления внешней среды. Силу, преодолевающую сопротивление внешней среды X, называют силой тяги (тягой) Р . В равномерном горизонтальном установившемся полете сила тяги Р уравновешивает силу сопротивления среды

(P = -X).

Силу тяги, как и подъемную силу, можно создавать различными способами.

В соответствии с реализуемым принципом полета (способом создания подъемной силы) можно провести классификацию летательных аппаратов

(рис. 5.1.).

По решению ООН во всем мире 12 апреля отмечается как День космонавтики. 12 апреля 1961 года ракета-носитель «Восток» вывела на орбиту искусственного спутника Земли первый в мире космический корабль «Восток», пилотируемый гражданином СССР Ю.А. Гагариным.

.

Стартовая масса трехступенчатой ракетно-космической системы «Восток» (рис. 5.2.) - 287 000 кг. Жидкостные реактивные двигатели (ЖРД) боковых блоков первой ступени 1 совместно с ЖРД второй ступени 2 создавали стартовую тягу 4000 кН. Полная длина системы на старте - 38 360 мм.

Система вывела на околоземную орбиту полезную нагрузку (космический корабль) массой mп.н = 4725 кг.

Третья ступень системы 3 соединена с ракетой-носителем переходной фермой 10. Двигательный отсек третьей ступени включает в себя ЖРД 9, двигатели системы ориентации 8, бак горючего (керосин) 7 и бак окислителя (жидкий кислород) 6. Установленный на вершине комплекса космический корабль «Восток» 5 при полете в плотных слоях атмосферы предохраняется от воздействия набегающего потока воздуха головным обтекателем 4.

При запуске ЖРД ракетно-космической системы, стоящей на стартовой позиции 11, газы, вытекающие из реактивного сопла ЖРД с большой скоростью, создают силу тяги двигателя

Р = mсекWс + fс(pс – p0),

где Р - сила тяги, Н;

mсек - расход массы топлива (горючего и окислителя) в течение секунды, кг/с;

Wc - скорость истечения газов из сопла, м/с;

fс - площадь выходного отверстия (среза) сопла, м2; pс - давление истекающих газов на срезе сопла. Па; p0 - давление окружающей среды, Па.

При достижении силой тяги значения, равного силе тяжести, ракета «отрывается» от земли; с увеличением силы тяги ракета начинает подъем с ускорением. Таким образом реализуется ракето-динамический принцип полета.

После выработки топлива из баков первой ступени ее блоки отделяются (12), и ракета продолжает набирать высоту с ускорением. Далее производится сброс (13) головного обтекателя, включение двигателя третьей ступени и отделение ее (14) от второй ступени ракеты-носителя. После достижения первой космической скорости отделяется двигательный отсек третьей ступени, космический корабль «Восток» выходит на орбиту искусственного спутника Земли (15) и движется по баллистическому принципу только под действием сил всемирного тяготения в состоянии невесомости.

Состояние невесомости не означает отсутствия веса, так как именно этот вес (центростремительную силу) уравновешивает центробежная сила инерции движущегося по круговой орбите тела. Космонавт только не ощущает