25. Розрахунок параметрів дмп

Вихідними даними для розрахунку ДМП є початкова швидкість (швидкість приземлення з використанням парашутної системи при ) та максимально допустиме перевантаження :

, (25.1)

де – тяга ДМП, – тягоозброєність.

Рис. 25.1

Час вмикання ДМП до приземлення має бути достатнім для погашення швидкості до ноля:

, (25.2)

або

. (25.3)

Гальмування необхідно почати з висоти:

. (25.4)

Для забезпечення необхідного значення тяги секундна масова витрата палива складає:

, або .

Вага твердопаливного заряду дорівнює

. (25.5)

При значенні конструктивного коефіцієнту ДМП:

вага ДМП дорівнює:

. (25.6)

26. Розрахунок системи протиметеоритного захисту

В розрахунку протиметеоритного захисту користуються орієнтировочними оцінками.

Для визначення максимальної (граничної) товщини стінки конструкції , при якій спостерігається наскрізне руйнування, використовують емпіричне співвідношення:

, (26.1)

яке при дає формулу

, (26.2)

де , , – густина, маса і умовний діаметр метеоритної частки;

, – параметри стінки конструкції;

– швидкість метеоритної частки, км/с.

Залежності (26.1) і (26.2) вірні для типових конструкційних матеріалів: сталі, алюмінієвих сплавів, титану та ін.

Найбільш ефективними засобами захисту КА є протиметеоритні екрани, що знижують ймовірність пробою силової стінки і утворення осколків з її внутрішньої сторони. При пробої екрану метеоритна частка руйнується на частки, що попадаючи в конструкцію по великій площі не приносять великої шкоди.

Максимальний захисний ефект і мінімум маси конструкції забезпечується при оптимальних значеннях відстані між стінкою конструкції і екраном S та співвідношення товщини екрану і товщини стінки . Експериментально установлено, що оптимальна відстань між екраном і стінкою характеризується безрозмірною величиною .

Оптимальний екранний захист можна розрахувати по формулі:

, (26.3)

де знаходять по формулі (26.1);

– емпіричний коефіцієнт.

Для наближених розрахунків рекомендується вибирати товщину екрану із умови і приймати при великих відстанях між екранами і стінкою ( ) і при малих відстанях (5< <25).

Оптимальне співвідношення між товщиною екрану та товщиною конструкції залежить від матеріалу, діаметра метеоритних часток і ілюструється графіками (рис. 26.1), з яких видно, що оптимальне значення лежить в межах 0,51,5.

Рис. 26.1

В разі необхідності уникнення ймовірності руйнації конструкції КА товщину екрану (в [см]), що не буде пробитий метеоритом на швидкості 10–100км/с, визначають по емпіричній формулі:

, (26.4)

де – кінетична енергія зіткнення;

– твердість матеріалу оболонки по Брінелю;

– кут між нормаллю і вектором швидкості метеориту.

27. Проектна розробка апарату спуску

Головною задачею апарату спуску (АС) є гальмування в атмосфері і забезпечення посадки. Якщо на швидкостях >a (швидкості звуку) можливе керування польотом, а при <a планерування, то раціональною є горизонтальна посадка самольотного типу; для АС з малою аеродинамічною якістю , що на кінцевій ділянці переходить майже на вертикальне зниження – вертикальна посадка із застосуванням парашутів і двигунів м’якої посадки або інших засобів амортизації. При рухові АС в атмосфері на нього діють аеродинамічні сили лобового опору Х і підйомної сили Y, що створюють для осесиметричньої конструкції зі зміщеним центром мас два моменти протилежного напрямку. Кут при якому Хl₂=Yl₁ називається балансировочним. Збільшення або зменшення кута атаки призводить до збільшення моменту Xl₂ або Yl_1, що повертають АС до стійкого режиму руху (рис. 27.1). При цьому ще однією обов’язковою умовою стійкості руху є розміщення центру тиску за центром мас. Характер траєкторії спуску АС залежить від початкових умов руху, надзвукової аеродинамічної якості та балістичних параметрів:

, (27.1)

де S – площа міделя АС, та

. (27.2)

Рис. 27.1

Окрім , і використовують також навантаження на мідель

. (27.3)

Указані параметри визначають співвідношення між гравітаційними і аеродинамічними силами:

, (27.4)

та , (27.5)

де – швидкісний напір.

Як видно із останніх співвідношень формування траєкторії залежить від вибору аеродинамічної якості і балістичного параметру (або ), а керування рухом АС – від їх зміни в польоті.

На траєкторію руху АС впливають умови входу в атмосферу на висоті початку відчутної дії аеродинамічних сил (100–120км): швидкість входу V_вх 7,6 та кут нахилу вектора швидкості до місцевого горизонту .

Обмеження на перевантаження n при спуску залежать від та і впливають на їх значення (таблиця 27.1)

Таблиця 27.1

, град
	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,7	1,0
-3	n >10	7,2	5,0	3,6	2,9	2,3	2,0	1,2
-2	9	5,9	4,0	3,0	2,2	2,0	1,5	1,2
-1	8,3	5,3	3,6	2,6	2,0	1,6	1,2	1,0

Для зниження перевантажень дієвим є збільшення до 0,3–0,5 (подальше збільшення малоефективне) при кутах входу 2 – 3°.

Максимальні теплові потоки на АС також залежать в та (таблиця 27.2). Для покращення теплових режимів важливо щоб гальмування проходимо в верхніх шарах атмосфери для максимального зниження швидкості до піку теплового потоку. Необхідна ситуація реалізується при спуску наближеному до балістичного за рахунок швидкого зростання лобового опору і зниження навантаження на мідель , а для АС з високим шляхом збільшення кута атаки та навантаження на мідель . Коефіцієнт аеродинамічної якості, балістичні параметри та навантаження на мідель залежить від форми АС (таблиця 27.3).

Таблиця 27.2

, град
	0	0,25	0,5	0	0,25	0,5
0	1,0	0,7	0,5	1,0	1,3	1,75
–0,5	0,9	0,65	0,35	–	–	–
–1,0	1,05	0,7	0,5	0,8	1,2	1,55
–2,0	1,25	0,9	0,7	0,7	0,85	1,25
–3,0	1,5	1,15	0,95	0,6	0,7	0,9
–4,0	1,7	1,25	1,15	0,5	0,6	0,75

В таблиці:

.

Таблиця 27.3

Характери-стики		Тип АС
		балістичний		малої якості	середньої якості	великої якості
Форма		сферична	сегментна	сегментна	несучий корпус	крилата
	V>a	0	0	0,2–0,5	0,7–1,2	1,2–3
	V<a	0	0	0	0,8–0,3	3–5
Траєкторія		балістична		ковзання	планерування
Посадка		вертикальна				самольотна
Точність посадки		±300км		±30км	±10км	±(50–10)м

Важливу роль при проектуванні АС відіграє питання вибору теплового захисту. Можливі варіанти теплозахисту АС: випроміненням, теплопоглинанням і за допомогою абляційних систем. При захисті випроміненням застосовують тонке покриття із високотемпературного матеріалу, що має високий коефіцієнт випромінення тепла. При захисті теплопоглинанням захисний шар повинен мати велику теплоємність, масу і товщину. Абляційний захист передбачає руйнування зовнішнього шару (обгорання, випаровування) і витрату маси теплозахисту. В якості матеріалу для абляційного захисту використовують матеріали з максимально низькою теплопровідністю.

Товщина теплового захисту нерівномірна, залежить від розподілу теплових потоків по поверхні АС і коливається від кількох міліметрів до кількох сантиметрів. Розрахунок маси ТЗП ведеться за кількістю тепла, що виділяється при гальмуванні АС від початкової кінетичної енергії до кінцевої:

, ,

де – коефіцієнт опору тертям;

– хвильовий коефіцієнт лобового опору.