Ракета-носитель «Циклон»
Прочие
Ракета-носитель «Циклон»

Ракета-носитель «Циклон»

 

Автор: Игорь Макаров.

 

Часть 2.

Часть 1.  Часть 3, Часть 4. Часть 5.

Семья ракетоносителей "Циклон" - это транспортная космическая система, которая используется для оперативного, высокоточного выведения на круговые, геостационарные и солнечно-синхронные орбиты одного или группы космических аппаратов разноцелевого назначения.

Для этого класса ракет -носителей разработана и воплощена в жизнь оригинальная технология полной автоматизации предстартового цикла подготовки. Что является очень важной характеристикой для старта с борта самолета , ведь возможности подготовить ракету , с помощью привлечения человека , непосредственно в полете не будет.

    « Циклон » - одноразовая ракета-носитель легкого класса для вывода космических аппаратов на низкие околоземные орбиты. Первый запуск « Циклона » состоялся в 1969 году. Конструкция носителя позволяет выводить космические аппараты на энергетически оптимальные круговые и эллиптические траектории . Спроектированная конструкторским бюро « южно » ( Украина ) . Изготовление «Южный машиностроительный завод им . А. М. Макарова » ( НПО Южмаш ) в Днепропетровске. За все время эксплуатации ракеты -носителя было выполнено более 100 запусков , которые были успешными. Ракеты - носители типа « Циклон » зарекомендовали себя как надежные в мире . Следует отметить , что фактор надежности является одним из требований для ракет , ведь ракетная техника еще не достигла совершенной безопасности и надежности. Особые условия запуска ракеты- носителя с динамической платформы также диктуют дополнительные условия .

     С учетом современных требований заказчиков космических услуг к средствам вывода предусматривается проведение работ по созданию ракеты -носителя семейства " Циклон" с усовершенствованными характеристиками. « Циклон -4 » - первый запуск запланирован на 2015 год с космодрома « Алькантара » ( Бразилия ) . На данный момент агрегаты и узлы ракеты прошли весь комплекс испытаний.

циклонВ новой ракеты -носителя будут улучшенные энергетические характеристики двигателей , внедрена современная система управления и главный обтекатель с увеличенным объемом для размещения полезной нагрузки.

Ракета -носитель с улучшенными характеристиками позволит запускать на круговую орбиту полезную нагрузку до 4,5 т. , а на геостационарную орбиту до 1,7 т.

Многоступенчатые ракеты могут быть сделаны по трем схемам , из них наиболее используемой является последовательная схема размещения ступеней . В таком случае отдельные ступени последовательно включаются и разгоняют ракету до определенной скорости. После отработки всего топлива степень отделяется . Благодаря этому каждая следующая ступень разгоняет систему меньшего веса , что и позволяет получить необходимую скорость на конце активного участка (работы маршевого двигателя) при сравнительно небольшой массе конструкции. В работе предлагается ракета с последовательным телескопическим соединением , при какой степени , расположенных выше входят в низшие степени. Это позволяет создать дополнительный импульс в момент разъединения степеней и уменьшить вес топлива , которое необходимо для разгона ракеты. Но с другой стороны такая система имеет больший вес .

Преимущества ракет с последовательным соединением ступеней являются :

1 . меньшее лобовое сопротивление в плотных слоях атмосферы ;

2 . меньшие значения дестабилизирующих моментов.

При маневрировании ракет на нее может влиять горизонтальный порыв. Для аппарата вертикально летит это связано с резким изменением скорости.

Модификация ракеты -носителя состоит в разработке несущих поверхностей , с помощью которых она сможет совершить маневр « горка» , с последующим снижением , торможением , выводом ракеты в необходимое положение ( вертикальное , с которого лучше всего проводить запуск) , проработке средств управления , разработке специальных креплений ракеты -носителя к самолету .

Несколько подробнее следует обратиться к использованию тормозного парашюта и несущих поверхностей ракеты -носителя (крылья ) . Именно эти элементы и являются основными в предложенной стратегии запуска.

 

Крыло

 

Главное назначение крыла - создания подъемной силы , которая необходима для осуществления полета летательного аппарата .

Кроме того , крыло обеспечивает поперечную устойчивость летательного аппарата и несет на себе органы поперечного управления , органы управления - элероны . К крылу присоединяются средства механизации и чаще главные опоры шасси , гондолы двигателей , пилоны для крепления ракет , бомб и подвесного топливного бака . Внутренние объемы крылья используются для размещения топлива , различного оборудования с коммуникациями . В носке крыла чаще всего устанавливают противообледенительную  систему.

Внешние формы , значение площади , материалов , конструкционно - силовые схемы , весовые показатели и другие параметры крыла определяются на основе соответствующих расчетов ( аеродинамического , прочностные , весового и проч.) При проектировании самолета.

Оваловидное крыло - это крыло , которое еще ​​не получило широкого использования , поскольку для его изготовления необходимо немало производственных затрат . Такое крыло было разработано еще в 80 - х годах ХХ столетия. Единственный самолет , на котором используются такие крылья , это - экспериментальный самолет минского завода « Камертон ».

Данный вид крыла имеет хорошие весовые качества , ведь оно может заменить не только крыло , но и вертикальное и горизонтальное оперение , а также оваловидное крыло - крыло типа биплан , поэтому такой вариант крыла автор работы считает лучшим. Боковые части крыла работают как руль поворота , нижняя - как крыло самолета , а верхняя - как горизонтальное оперение . Кроме того , такое крыло имеет большую прочность по сравнению с другими видами крыльев именно благодаря своей конструкции .

При использовании данного вида крылья ракета -носитель будет представлять собой аэродинамически неустойчивую конструкцию. Такой вариант был избран автором для того , чтобы уменьшить необходимый вес несущих поверхностей , ведь статически неустойчивая компоновка не требует от конструкторов дополнительного размещения поверхностей, создавали пикирующий момент . Но наравне с весовыми преимуществами такая схема имеет недостатки в управлении : управлять аэродинамически статически неустойчивым телом гораздо труднее , что обусловлено механизмом создания подъемной силы . Поэтому , для лишения этих недостатков автором предложена следующая схема присоединения крыла к ракеты-носителя , которая представляет собой статически неустойчивую аэродинамическую схему.

 

Разработка крыла.

 

Оваловидное крыло обеспечивает большую устойчивость , ведь оно имеет закругление на конце , и высшую маневренность , именно из-за этого факта автор предпочитает этому виду крылья. Кроме этого крыло не требует элементов конструкции , которые будут воспринимать изгибающие усилия , ведь конструкция (овал ) позволяет их распределить между структурными элементами крыла без их дополнительного усиления .

В середине крыла будут размещены нервюры ( поперечный силовой набор ) , лонжероны ( продольный силовой набор ) - 3 единицы , за которые крыло присоединяется к ракеты-носителя и нервюры ( дополнительный продольный силовой набор).

Для разработки несущих поверхностей ракеты -носителя предлагается использовать стеклопластик и углепластик для обшивки , а боро - алюминий для силовых элементов несущих поверхностей ракеты -носителя . Стеклопластик и углепластик имеют такую ​​же прочность , как и алюминий (используется в авиационной промышленности ) , но они имеют меньший вес .

Боро - алюминий - это композиционный материал , который обладает высокими прочностными и меньший вес по сравнению с металлом , который также используется при построении летательных аппаратов.

 

Аэродинамическая интерференция крыла ракеты.

 

Опытами было установлено , что тела , которые близко находятся друг от друга в воздушном потоке , осуществляют взаимное влияние на характер обтекания их воздушным потоком. При этом характер обтекания изменяется , изменяется также распределение сил давления и трения на поверхности тел , а соответственно и аэродинамических сил.

Именно такой взаимное влияние поверхностей друг на друга называется : ​​аэродинамической интерференцией .

При транспортировке ракеты -носителя самолетом самая интерференция будет между крылом ракеты -носителя и самолета .

Во избежание такого негативного явления предлагается разместить ракету как можно выше под небольшим углом атаки относительно самолета- транспортировщика .

Еще один случай аэродинамической интерференции может появиться между верхней и нижней частями крыла ракеты -носителя . По для уменьшения такого негативного влияния автор предлагает как можно уменьшить ширину крыла и « поднять» верхнюю часть крыла ракеты -носителя можно выше нижней.

 

Присоединение крыла к ракета-носителю

 

Присоединение будет происходить с помощью 3 силовых шпангоутов ( см. приложение № 4). Силовой шпангоут - это поперечный силовой элемент конструкции летательного аппарата , который принимает внешние нагрузки и выполняет роль соединения различных составных частей летательного аппарата .

Силовые шпангоуты нагружаются усредненными силами от действия частей летательного аппарата , а также от полезной нагрузки на них. Шпангоуты , выполненные в виде рамы - кольца являются наиболее универсальными , поэтому в работе использован именно такой силовой шпангоут . Второй фактор , которым обусловлено использование силового шпангоуту в виде рамы - кольца является сама форма ракеты -носителя .

 

Стартовые ускорители

 

Для обеспечения необходимых полетных характеристик ракеты и осуществления маневра « горка» автором работы предложено использование стартовых ускорителей по для предоставления ракете - носителю необходимой тяги.

Стартовый ускоритель - вспомогательный двигатель, предназначенный для кратковременного повышения тяговооруженности самолета во время взлета.

Ускорители используются преимущественно на военных самолетах. Как ускоритель обычно применяют твердотопливные ракетные двигатели , сбрасываемых по окончании работы . Особенности таких ускорителей - небольшая (около 10 с ) продолжительность работы и малый удельный вес ( высокое отношение тяги ускорителя к его весу ) . Ускорители обеспечивают существенное улучшение энергетических характеристик летательных аппаратов.

 

Тормозной парашют

 

Для того , чтобы осу такой запуск ракеты -носителя необходимо на втором этапе траектории использовать тормозной парашют. Его главная функция - после отстрела главной несущей поверхности - крылья , вывести ракету в вертикальное положение , затормозить ее и после выполнения вышеуказанных функций отстрелится и упадет на землю. Автором предложена возможность повторного использования парашюта .

Парашют - устройство для безопасного спуска в воздухе с большой высоты человека и грузов , который использует сопротивление воздуха .

Существует два основных типа парашюта по форме купола: парашют с круглым куполом ( круглый парашют ) и парашют с прямоугольным (или эллиптическим ) куполом ( парашют - крыло).

Отдельно используются парашюты для снижения скорости самолетов и космических кораблей при посадке . Диапазон скоростей и нагрузок радикально различается.

Круглые парашюты уменьшают скорость падения преимущественно исключительно за счет сопротивления воздуха . Они имеют форму полусферы , на нижнем краю прикреплены стропы ( веревки ) , с помощью которых держится груз . Для стабилизации снижение в вершине купола обычно полюсное отверстие , через который проходит воздух . Этим предотвращают раскачивание парашюта.

Парашюты - крыло уменьшают скорость падения за счет подъемной силы набегающего потока воздуха. Их поперечное сечение соответствует профилю крыла самолета . Это позволяет существенно сократить площадь и вес парашюта , почти до 10 раз.

Тормозные парашюты применяются для сокращения тормозного пути ( на реактивных военных и некоторых видах транспортных самолетов ) и снижение скорости падения (например , космической капсулы).

Парашютно - тормозная установка или парашютно - тормозная система используется для торможения транспортного средства путем искусственного снижения аэродинамического качества .

Время вытягивания и наполнения куполов тормозных парашютов в среднем составляет 1,5-3 с .

Парашютно - тормозная установка состоит из контейнера , вытяжных и основных парашютов ( включающие купол и стропы ) , механизмов отстрела крышки , замковой системы и блока автоматики. После открытия створок контейнера пружина выталкивает в поток вытяжной парашют , который извлекает чехол и основные парашюты. Купола системы изготавливаются из прочного материала , который может выдерживать необходимые нагрузки , например капрона .

Схема действия тормозного парашюта : введение тормозного парашюта в действие начинается открыванием створок люка парашютного контейнера. При этом первым в воздушный поток попадает вытяжной парашют , купол которого , исполнившись воздухом , теряет скорость и отстает от самолета . Связан с основным , вытяжной парашют вытягивает его купол и стропы на всю длину , а при применении чехла купола - взимает его с купола основного парашюта. Во время вытягивания тормозной парашют практически не выполняет тормозящего действия на летательный аппарат . Только наполняясь воздухом , купол тормозного парашюта начинает оказывать тормозящее действие .

В тот момент, когда купол тормозного парашюта полностью наполнился на ракету-носитель будет авоздействовать небольшой рывок, длительность которого очень мала , который  раз больше лобового сопротивления парашюта . Величина коэффициента динамичности  зависит от воздухопроницаемости оболочки купола и скоростного напора  и колеблется в пределах 1,1-2. После рывка, который продолжается десятые доли секунды,  сопротивление движению парашюта становится равным его полному аеродинамическому сопротивлению .

Avia.pro

.

Новости

Лучшее в мире авиации

наверх