Основные числовые показатели в задачах массового проектирования ракет-носителей

Теория

Будем различать ступени ракет и ракетные блоки ступеней. Схема трехступенчатой ракеты показана на рис.1.

Рис.2 Схема трехступенчатой ракеты

Предложено несколько методов расчета многоступенчатых ракет[1,7,9,16,18,19], а также массовых характеристик блоков и ступеней. В дальнейшем будем придерживаться массовых соотношений, впервые введенных голландским инженером Вертрегтом.

1. Массовое число (число Циолковского) для i -ой ступени

где m_i – стартовая масса ступени,

m_ti – масса топлива, вырабатываемая при полете i - ой ступени.

Число Z _i является одной из характеристик ступени и фигурирует в формуле Циолковского. Для ракеты с n ступенями характеристическая скорость равна

где - эффективная скорость истечения продуктов сгорания.

2. Коэффициент полезной нагрузки i- ой ступени

где m_i, m_i₊₁ – начальные массы i и i +1 ступеней.

Полезной нагрузкой i –ой ступени является i +1 ступень, а полезной нагрузкой последней ступени является полезный груз.

Для ракеты с n ступенями имеем

Так как стартовая масса ракеты m 0 = m ₁, то

(5)

3. Коэффициент конструктивного совершенства блока

где m_ti - масса топлива i – го блока,

m_ki - масса конструкции (конструкция, двигательная установка, приборы и др.) i – го блока..

Чем больше S, тем более совершенна конструкция ракеты. Для сравнения бутылка водки имеет
S ~ 2.25, ведро с водой ~ 8. В конструкцию блока ракеты помимо оболочки входит двигательная установка, приборы системы управления и другие конструктивные элементы. Коэффициент S для блоков ракет отражает современный уровень развития ракетной техники и для предварительных расчетов может задаваться либо исходя из опыта проектировщиков, либо по образцам – аналогам. Величина S для блоков ракет не превышает 20.

Все три показателя взаимосвязаны.

Отсюда

. (6)

В литературе иногда используются другие массовые характеристики ракет. Особенность приведенных характеристик состоит в том, что все они имеют значения больше 1, и, кроме того

p_i > Z _i и S _i > Z _i

Преимущество многоступенчатой ракеты по сравнению с ракетой с одной ступенью можно рассмотреть на примере. Допустим, что с помощью каждой из этих ракет требуется вывести один и тот же полезный груз на одну и ту же опорную орбиту, то есть сообщить грузу одну и ту же характеристическую скорость. В этом случае

При одинаковых скоростях истечения газов имеем

Создать одноступенчатую ракету с большим числом Z (например, Z=18) не представляется возможным, а трехступенчатую (с числами 2,3,3 или 3,3,2) вполне реально.

Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 22; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!