Глава III. Конструкторський блок проектування

15. Геометричний розрахунок ка

Геометрія КА обумовлена вимогами функціонування і обмеженнями на компоновку у складі РН. На етапі визначення параметрів КА нульового наближення розрахунки починаються з визначення статистичного об’єму компонування.

Об’єм КА можна представити у вигляді суми об’ємів окремих модулів, відсіків і блоків, наприклад для КК зразка „Союз”:

V_КА=V_АВ+V_ОВ+V_АС, (15.1)

де V_АВ – об’єм агрегатного відсіку;

V_ОВ – об’єм орбітального відсіку;

V_АС – об’єм апарату спуску.

Якщо КА виконано по модульній схемі, то загальний об’єм компоновки записується як

V_КА=V_АГ+V_СЖЗ+V_КВ, (15.2)

де V_АГ – об’єм агрегатного модуля;

V_СЖЗ – об’єм систем життєзабезпечення КА;

V_КВ – об’єм корисного вантажу (наукової апаратури, складових життєдіяльності екіпажу, технологічного обладнання та інше).

В свою чергу кожний із відсіків (модулів, блоків, систем, вузлів) складається з суми складових, об’єм яких можна розрахувати виходячи з середньостатистичних показників щільності компоновки тої, чи іншої складової.

Об’єм агрегатного відсіку можна представити у вигляді суми об’ємів двигуна та систем, що обслуговують його функціонування.

, (15.3)

де – об’єм двигуна;

– паливних баків;

V_БОК – об’єм баків окислювача;

V_БГ – об’єм баків горючого;

– об’єм системи наддуву;

– об’єм компоновки пневмогідросистеми.

Об’єми перерахованих складових знаходяться як

; ; (15.4)

; ; ; (15.5)

; (15.6)

; (15.7)

У формулах (15.4 - 15.7)

– щільність компоновки двигуна;

– щільність компоновки пневмогідросистеми;

– коефіцієнт тягоозброєності (при використанні маршового двигуна);

– коефіцієнт надлишку об’єму на газову подушку і арматуру паливних баків;

– вага ПГС, що задана через статистичний коефіцієнт від тяги двигуна;

– тиск витіснення компонентів палива;

– тиск у шаробалонах системи наддуву;

і – питома вага окислювача і горючого;

К – коефіцієнт стехіометрії окислювача і горючого.

Якщо в склад агрегатного відсіку входять системи життєзабезпечення, то в формулу (15.3) необхідно додати об’єм під їх компоновку:

, (15.8)

де – вага бортової кабельної мережі;

– щільність компоновки систем життєзабезпечення, .

Об’єм орбітального відсіку можна розглянути як суму об’ємів функціонального простору членів екіпажу , систем життєзабезпечення екіпажу – , науково-дослідної апаратури – , продуктів життєдіяльності – , конструктивного оформлення – :

, (15.9)

де ; (15.10)

, ; (15.11)

, ; (15.12)

, ; (15.13)

, ; (15.14)

де n – кількість членів екіпажу.

Об’єм апарату спуску (АС) дорівнює сумі об’ємів робочого простору екіпажу V_ек=n·V_1ек, парашутної системи V_ПС з щільністю компоновки ; двигуна м’якої посадки V_ДМП з щільністю компоновки : службово-інформаційної апаратури V_СІА з щільністю компоновки ; конструкції з теплозахисним покриттям V_{конс.АС} із щільністю компоновки :

, (15.15)

де

; (15.16)

; (15.17)

; (15.18)

; (15.19)

(15.20)

У формулі (15.17) – питома вага парашуту, ; – навантаження на м² міделя парашуту, .

При визначенні габаритних розмірів КА обмежуючим параметром є діаметр аеродинамічного обтікача, що в більшості випадків дорівнює діаметру РН. Якщо –невідомі ні діаметр РН ні його стартова вага, то спочатку розраховують наближену вагу РН за формулою

, (15.21)

де – відносна стартова вага, або вага РН із розрахунку на 1т корисного вантажу при виводі на проміжну орбіту (Н≈200км), а потім знаходять діаметр РН

, (15.22)

де – стартова вага РН з щільністю компоновки ~1 т/м³.

При відомому значенні діаметру РН (що приймається або стандартним, або „круглим” числом) діаметр КА

,

а довжина відсіку пропорційна загальній довжині, що знаходиться наближено як

· . (15.23)

При визначенні габаритних розмірів окремих складових виходять із наближеної геометричної форми: сфера, циліндр, тор, конус, прямокутник (плита), паралелепіпед і т.п. Прирівнюючи геометричний об’єм до розрахункового, задаючи обмежуючий розмір (довжину, висоту, ширину чи діаметр), знаходять інші розміри.

Якщо в складі КА знаходиться маршовий двигун, то його габарити і розташування в значній мірі впливають на геометричну компоновку КА в цілому.

Орієнтировочні значення геометричних параметрів двигуна можна оцінити через секундну витрату палива . Для рекомендованих значень тиску в камері згоряння площа критики сопла наближено дорівнює

. (15.24)

Після визначення діаметра критичного перетину інші розміри камери двигуна знаходять із співвідношень(рис.15.1):

Рис. 15.1

; ; ; ; ; ; , Об’єм камери згоряння дорівнює , де – час перебування продуктів згоряння в камері згоряння – для компонентів палива на основі і на основі ; значення газової постійної для високо- киплячих палив АТ+НДМГ ; температура горіння АТ+НДМГ близько 3360К.

Діаметр камери згоряння знаходиться по формулі

,

де – витратонапруженість;

– секундна масова витрата палива.

Якщо в складі КК знаходиться АС (апарат спуску), його геометрія має відповідати стандартним вимогам геометрії (рис. 15.2).

Рис. 15.2

На рис. 15.2 – радіус притуплення вибирається із умов сполучення площин люка і бокової конічної поверхні. Площа сонячних батарей в нульовому наближенні може бути розрахована за спрощеною формулою (15.24) Додаткові геометричні параметри КА визначаються шляхом прорисовки компоновки.