URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  
Обложка Петров К.П. Аэродинамика транспортных космических систем
Id: 725
 
999 руб.

Аэродинамика транспортных космических систем

URSS. 2000. 368 с. Твердый переплет. ISBN 5-8360-0095-6.

 Аннотация

Рассматриваются основные проблемы аэродинамики транспортных космических систем -- ракет-носителей с вертикальным стартом и аппаратов, предназначенных для возвращения с околоземной орбиты грузов и экипажей космических станций.

Анализируются особенности обтекания и формирования суммарных и местных аэродинамических нагрузок, характерных для различных компоновок транспортных космических систем в условиях эксплуатационных режимов полета.

Приводится обширный экспериментальный материал, позволяющий определять величины аэродинамических сил и моментов при решении текущих и перспективных задач и проблем при проектировании транспортных космических систем.

Книга предназначена для проектантов, решающих аэродинамические и связанные с ними задачи и проблемы, а также для студентов, преподавателей и научных работников учебных и исследовательских институтов.


 Введение

Транспортные космические системы имеют специфические особенности при их создании и отработке, принципиально отличающие их от пилотируемых самолетных систем.

Как правило, при создании самолетов различных классов (пассажирские, транспортные, истребители, штурмовики, бомбардировщики и пр.) всегда имеется предшественник (отечественный или зарубежный), а значит, и опыт его создания. Этот опыт и вновь приобретенные научные знания помогают создать новый личный образец самолета того или иного класса и назначения.

Транспортные космические системы, как правило, не имеют предшественников. Они являются новыми уникальными летательными аппаратами, призванными решать все новые и более сложные перспективные вопросы исследования и освоения космического пространства.

Другая особенность транспортных космических систем заключена в следующем.

Транспортные космические системы имеют особенность, которая существенно отличает их от самолетных систем.

Обычно создание нового самолета начинается с расчетных и экспериментальных исследований на стендах и в аэродинамических трубах и заканчивается опытными исследованиями в полете. Иными словами, новый самолет проходит весь цикл наземных исследований в соответствии с реальными режимами полета. В случае обнаружения недостатков опытный образец дорабатывается.

Для транспортных космических систем все это, к сожалению, отсутствует. Используются только расчетные и экспериментальные методы, которые далеко не всегда моделируют реальный полет и косвенный опыт создания самолетных и ракетных систем.

Созданный таким образом образец, который нельзя назвать опытным, выставляется на стартовую позицию для совершения реального полета без возвращения к месту старта на предмет изучения и внесения необходимых доработок. В случае неудачного полета новый образец гибнет и его нельзя не только доработать, но и однозначно определить причины аварии. Назначение первого полета заключается в доказательстве правильности расчетов и экспериментов и решений, принятых в процессе проектировании и создания системы. Эта отличительная черта при создании транспортных космических систем требует и глубокого осмысливания тех процессов и проблем, которые могут возникнуть в реальном полете.

Несмотря на относительную простоту внешних форм транспортных космических систем, аэродинамические проблемы, возникающие при обтекании их воздушным потоком, в ряде случаев оказываются не только весьма сложными, но и подчас неожиданными. Эти проблемы могут относиться как ко всей системе в целом, так и к отдельным ее частям. Если условно начать рассмотрение аэродинамических задач с момента старта и последовательно всех режимов полета, то главными из них, по-видимому, будут:

  • ветровые нагрузки вблизи земли;
  • местные нагрузки при обтекании стационарным потоком;
  • нагрузки, вызванные явлениями срыва потока;
  • суммарные стационарные нагрузки;
  • статическая устойчивость;
  • аэродинамические средства стабилизации и управления;
  • разделение ступеней;
  • аэродинамика отработанных ступеней и отдельных частей, отбрасываемых в полете и падающих на землю.
  • Можно привести и другие задачи, которые в обычных условиях являются менее существенными, но в отдельных конкретных компоновках могут стать не менее важными, чем перечисленные. Заметим, что ряд названных задач порой тесно связан с неаэродинамическими проблемами, такими как прочность и аэроупругость, аэродинамический нагрев, система управления и стабилизации и пр. Собственно аэродинамика и аэродинамика в сочетании с одним или несколькими неаэродинамическими вопросами составляют аэродинамические проблемы ТКС и могут представлять собой отдельные области исследований.

    Желание избежать принципиальных ошибок требует последовательного и комплексного рассмотрения и решения задач в процессе проектирования транспортных космических систем.

    Предшественниками транспортных космических систем были баллистические ракеты военного назначения. Однако задачи, которые должны были решать как те, так и другие, существенно различались, что привело к различию их конструктивных и аэродинамических компоновок.

    Баллистическим ракетам военного назначения характерны оперативная мобильность и быстрота подготовки к пуску. Их стартовый вес и габаритные размеры при заданной мощности боевого заряда и дальности полета должны быть минимальными.

    1С другой стороны, развитие баллистических ракет для вывода в космическое пространство грузов невоенного назначения сопровождалось увеличением их стартового веса и размеров. Это было связано с желанием увеличения габаритов и веса необитаемых и обитаемых спутников Земли.

    Первоначально аэродинамическая компоновка таких ракет ничем не отличалась от компоновки ракет военного назначения. Как правило, они представляли последовательное соединение ступеней. Однако требование существенного увеличения веса и габаритов выводимых на орбиту грузов привело к необходимости создания мощных ракет-носителей. Каждая из таких ракет являлась этапом развитая космической техники национальное значимости. Естественно, что такая ракета-носитель должна эксплуатироваться ряд лет, надежно выполняя свои функции, включая доставку на орбиту не только грузов, но и людей с возможностью наращивания ее мощности как транспортной системы. В связи с этим она должна непрерывно совершенствоваться и дополняться новыми разгонными ступенями. А это, как правило, приводит к компоновке с параллельным или смешанным соединением ступеней (см. рис.1.1). Переход от последовательной компоновки ступеней, характерной для ракет военного назначения, к компоновке с параллельным соединением ступеней сопровождается усложнением аэродинамических задач, стоящих в проектировании.

    Cxема ракет-носителей (транспортных космических систем) с продольным и параллельным (или смешанным) соединением ступеней

    Созданием мощных ракет-носителей космических аппаратов, а также аппаратов, предназначенных для возвращения грузов и людей на Землю, завершился определенный этап в развитии транспортных космических систем.

    После этого этапа естественно следует этап усовершенствования и модернизации созданной техники для решения перспективных, более сложных и ответственных задач. Однако для успешного их решения необходимо проанализировать, что уже было получено раньше и какие проблемы аэродинамики могут возникнуть вновь.

    В проектных организациях обычно проводятся следующие этапы расчета.

    Первый этап связан с необходимостью выдачи данных для расчета траекторий полета и определения возможной массы полезной нагрузки, выводимой в космос.

    Второй этап связан с необходимостью выдачи данных для формирования и расчета систем управления, которая обеспечивала бы устойчивый и управляемый полет на участке выведения при малых углах атаки.

    Третий этап связан с необходимостью уточнения аэродинамических нагрузок и выдачи данных для расчета на прочность конструкции ракет-носителей. Эти данные должны содержать распределенные и местные аэродинамические нагрузки (в частности, коэффициент давления) как на всю систему, так и на отдельные ее части.

    Одновременно с проведением расчетов по этим трем этапам производится оценка ветровых нагрузок, действующих на старте, на всю систему и на отдельные ее части, а также определение сил и моментов, действующих при разделении ступеней системы.

    Не следует думать, что этими этапами описывается все многообразие, сложность и специфика проектных изысканий и расчетов, необходимых для создания ракет-носителей. Рассмотренные этапы являются некоторой схемой, по которой необходимо решать аэродинамические задачи. В последующих главах приводятся сведения, соответствующие задачам, изложенным выше. Порядок изложения соответствует последовательности режимов полета ракет-носителей. Последняя глава посвящена аэродинамике аппаратов, предназначенных для возвращения грузов и людей из космического пространства на Землю.


     Оглавление

    Основные обозначения
    Предисловие
    Введение
    1 Режим старта
     1.0.Ветровые нагрузки в условиях старта
     1.1.Влияние вязкости воздуха (числа $\mathop {\prm Re}\nolimits $) на характер поперечного обтекания цилиндрических элементов компоновки
     1.2.Влияние особенностей внешних форм и ориентации к потоку на аэродинамические характеристики компоновки
     1.3.Влияние нестационарности обтекания на аэродинамические характеристики цилиндрических элементов компоновки
     1.4.Аэродинамические характеристики транспортной космической системы на режимах старта
      1.4.1.Аэродинамические характеристики транспортной космической системы с полезным грузом, расположенным внутри носовой части центрального корпуса ракеты-носителя
      1.4.2.Аэродинамические характеристики транспортной космической системы с полезным грузом, расположенным на боковой стороне ракеты-носителя
     1.5.Влияние стартовых сооружений на аэродинамические характеристики транспортной космической системы
    2 Режим выведения на орбиту
     2.0.Особенности аэродинамических характеристик транспортных космических систем, вызванные условиями выведения на орбиту
     2.1.Влияние внешних форм транспортных космических систем на их основные аэродинамические характеристики
      2.1.1.Последовательное соединение ступеней
      2.1.1.1.Аэродинамические характеристики тел вращения, состоящих из последовательно соединенных конических и цилиндрических участков
       Влияние величины угла носового конуса
       Влияние удлинения переднего цилиндрического участка
       Влияние соотношения диаметров сопрягаемых цилиндров
       Влияние угла усеченного конуса
      2.1.1.2.Приближенные методы расчета сил и моментов при последовательном соединении ступеней
      2.1.2.Параллельное соединение ступеней
      2.1.2.1.Трехблочная схема
      2.1.2.2.Четырехблочная схема
       Влияние соотношения диаметров боковых блоков $(d)$ и центрального корпуса $(D)$
       Влияние относительной длины боковых блоков
       Влияние формы носовой части боковых блоков
       Влияние ширины щелей $(h)$ между боковыми блоками и центральным корпусом
      2.1.2.3.Многоблочные схемы
       Влияние соотношения диаметров центрального корпуса и боковых блоков
       Влияние длины блоков
       Влияние количества боковых блоков
      2.1.2.4.Силы и моменты, действующие на отдельные блоки
     2.2.Совершенствование аэродинамических компоновок транспортных космических систем
      2.2.1.Особенности аэродинамических характеристик центрального корпуса с надкалиберным увеличением диаметра носовой части
      2.2.2.Аэродинамические компоновки транспортных космических систем с вертикальным стартом и посадкой
      2.2.3.Приближенный метод оценки основных аэродинамических характеристик многоблочных систем
    3 Местные аэродинамические нагрузки
     3.0.Предварительные замечания
     3.1.Нагрузки, связанные с формой контура обтекаемой поверхности
     3.2.Приближенный метод оценки максимальных нагрузок в местах излома контура поверхности
     3.3.Нагрузки, вызванные интерференцией между отдельными частями компоновки
     3.4.Нагрузки, вызванные наличием выступов и впадин на обтекаемой поверхности
     3.5.Нагрузки, вызванные наличием струй двигателей
     3.6.Нестационарность местных аэродинамических нагрузок
     3.7.Донное давление
    4 Органы стабилизации и управления
     4.0.Предварительные замечания
     4.1.Органы стабилизации и управления крыльевого типа
     4.2.Решетчатые органы стабилизации и управления
     4.3.Струйные органы управления
    5 Режим разделения ступеней
     5.0.Предварительные замечания
     5.1.Разделение ступеней при наличии внешнего потока
      5.1.1.Особенности течения в пространстве между разделяющимися ступенями при наличии струй двигателей и внешнего потока
      5.1.2.Силовое воздействие струй двигателя и внешнего потока на отбрасываемую ступень
      5.1.3.Аэродинамические характеристики ступеней в процессе разделения при наличии внешнего потока
     5.2.Разделение ступеней при отсутствии внешнего потока
     5.3.Аэродинамические характеристики отбрасываемых частей в автономном полете
    6 Проблемы аэродинамики аппаратов, рассчитанных на вход в атмосферу планеты
     6.0.Предварительные замечания
     6.1.Аппараты капсульного типа
       Аэродинамическое качество
       Самобалансировка летательного аппарата при входе в атмосферу
     6.2.Аппарат типа "несущий корпус"
    7 Экспериментальные методы исследования аэродинамики транспортных космических систем при их создании и отработке
     7.0.Предварительные замечания
     7.1.Задачи моделирования
     7.2.Определение аэродинамических характеристик
     7.3.Исследования характера обтекании и распределения давления по контуру модели
     7.4.Исследование влияния струй двигателей
     7.5.Исследование сил и моментов, действующих на элементы системы при их разделении
    Литература

     Abstract

    Consideration is given to main problems of aerodynamics of space transport systems: vertically rising launch vehicles and vehicles designed to return cargo and crews of space stations from near- arth orbits.

    The peculiarities of flows and formation of integral and local aerodynamic loads characteristic of different space transport system configurations are analyzed for operational flight regimes. The extensive experimental data are presented to determine aerodynamic forces and moments in solving current and promising tasks and problems to design space transport systems.

    The book is intended for designers solving aerodynamic and related tasks and problems, as well as for students, teachers and scientists of educational and research institutes.

     
    © URSS 2016.

    Информация о Продавце