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.).

Ю.Б.Рубцов

Введение в авиационную технику и технологию

Б.Н.Слюсарь

Рис. 5.1.- Классификация летательных аппаратов по принципу полета

Ю.Б.Рубцов

Введение в авиационную технику и технологию

Б.Н.Слюсарь

5.2 Реализация ракетодинамического и баллистического принципов полета

Рис. 5.2.- К объяснению принципа полета ракеты и спутника Земли

Ю.Б.Рубцов

Введение в авиационную технику и технологию

Б.Н.Слюсарь

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