Расчет параметров и характеристик газовых рулей
Применение импульсных двигательных установок, как показывает опыт [1], наиболее целесообразно для ЛА, использующих газодинамическое управление, как на стартовом режиме, так и на участке наведения. Для стартового склонения наибольшее распространение получили газовые рули. Свыше 60% вертикально стартующих ЗУР для склонения используют газовые рули.
Газовый руль представляет собой профилированную пластину, которая закрепляется на оси и устанавливается в газовом потоке. При использовании газовых рулей для склонения ЗУР на старте в плотных слоях атмосферы они конструктивно могут быть объединены с аэродинамическими рулями, размещаясь с ними на одной оси с применением общих рулевых машинок. К числу недостатков газовых рулей следует отнести потери осевой тяги (~ 1-1,5%), а также изменение размеров рабочих поверхностей из-за активной эрозии от воздействия продуктов сгорания. Поэтому для рабочей части газового руля применяют термоэрозионностойкие материалы: графит, пиролитический графит, композиционные материалы, вольфрам, молибден и др.
Потребная величина максимальной управляющей силы, создаваемой одной парой газовых рулей, необходимая для разворота оси корпуса ЛА на требуемый угол, определяется выражением (2.27), т.е.
(2.29.)
Основным параметром газового руля является его площадь S г.р. На начальном этапе проектирования площадь руля в зависимости от потребной величины управляющей силы определяют на основе экспериментальных данных, в частности, моделированием опытных образцов в смоделированном газовом потоке. Соответствующие зависимости, обобщенные в МКБ «Факел», приведены в работе [1]. Аппроксимация приведенных графиков позволяет получить приближенную зависимость потребной относительной площади газового руля от относительной величины управляющей силы, создаваемой газовыми рулями. Для наиболее распространенной компоновки газовых рулей в раструбе сопла эта зависимость практически линейна и имеет вид:
|
|
|
=3,33· 
, (2.30)
где: 
– доля управляющей силы, создаваемой газовыми рулями от тяги основного двигателя;
– относительная площадь газового руля
S г.р; —; площадь поверхности газового руля;
Fa ; —; площадь среза сопла.
Для нахождения доли управляющей силы, создаваемой газовыми рулями от тяги основного двигателя, необходимо воспользоваться результатами баллистического проектирования. Зная секундный расход топлива m сек, и удельный импульс тяги I уд, нетрудно определить значение тяги основного двигателя по формуле:
|
|
|
(2.31)
При решении самостоятельной задачи расчета параметров газодинамического управления значение относительного секундного расхода топлива может быть найдено приближенно:
(2.32)
Здесь m т– относительная масса топлива; t дв; —; время работы основного двигателя.
Таким образом, относительная доля максимальной управляющей силы, создаваемой парой газовых рулей, определится в виде:
(2.33)
Для оценки дополнительной массы топлива, необходимой для компенсации потерь осевой тяги двигателя на управление с помощью газовых рулей – D m ту, примем допущение, что она пропорциональна доле управляющей силы, создаваемой газовыми рулями , т.е.:
(2.34)
или в относительных величинах
, (2.35)
где T 1 – время управляемого разворота; k г.р – коэффициент погрешности модели, может быть принят равным 1,05–1,1.
Зная величину относительной площади газового руля , и задавшись его средней относительной толщиной 
(bp – средняя хорда руля) и плотностью материала r г.р, можно рассчитать массу газовых рулей:
|
|
|
(2.36)
Напомним, что 
– площадь выходного сечения сопла. Площадь критического сечения сопла F кр приближенно определяется выражением:
(2.37)
Для приближенных расчетов можно принять допущение, что
, (2.38)
то есть:
. (2.39)
Тогда выражение для оценки массы газовых рулей можно представить в виде:
(2.40)ρρ
или в относительных величинах
. (2.41)
Учет массы арматуры и дополнительных элементов конструкции управления газовыми рулями можно оценить приближенно на основании анализа статистики:
μг.р.доп = 0,000785· D 2 ρ арм / m 0 , (2.42)
где μг.р.доп – масса дополнительных элементов конструкции управления газовыми рулями; ρ арм– плотность материала конструкции элементов управления газовыми рулями.
Приращение стартовой массы ЛА, вызванное использованием газовых рулей для склонения на стартовом участке, можно представить в виде:
D m 0 г.р = m г.р + D m т.у + m г.р.доп (2.43)
Расчет дополнительной массы топлива, необходимой для компенсации потерь осевой тяги, и массовых характеристик газовых рулей оформлен программно в виде ТФ MGASRUL . Входные величины ТФ MGASRUL включает следующие переменные:
|
|
|
( CCR) – относительная толщина профиля газового руля;
r г.р(ROGRU) – плотность материала газового руля;
T 1(TSKL 1) – время склонения;
ρ арм(ROARM ) – плотность материала конструкции элементов управления газовыми рулями.
Выходные величины ТФ MGASRUL:
D m т.у(DMUTU) – дополнительная относительная масса топлива, необходимая для компенсации потерь осевой тяги;
D m т.у(DMTU) – дополнительная масса топлива, необходимая для компенсации потерь осевой тяги;
m г.р(MUGR) – относительная масса газовых рулей;
m г.р(MGR) – масса газовых рулей;
D m 0 г.р(DM 0 GR) – приращение массы ЛА, вызванное использованием газовых рулей для склонения на стартовом участке.
Печать результатов расчета характеристик ЛА с газовыми рулями в табличной форме оформлена программно в ТФ REZGASRUL.
Следует отметить, что разработанные программно-методические средства расчета характеристик газовых рулей без большой погрешности могут быть использованы и при проектировании ЛА с газовыми интерцепторами (поворотными щитками).
Дата добавления: 2019-02-26; просмотров: 344; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!