Описание процесса проектирования

Подсистемы проектирования

 

На начальном этапе проектирования УР конструктор имеет систему цифрового моделирования для описания и проверки облика будущего изделия, приближенной оценки его характеристик и параметров.

Данная система моделирования состоит из пяти отдельных, но взаимодействующих программных модулей, каждый из которых решает задачи моделирования различных элементов и процессов УР:

- «модуль DU.EXE – «Расчет характеристик двигателя»;

- модуль KOMP.EXE – «Компоновка и весовой расчет»;

- модуль AERO.EXE – «Расчет аэродинамики ракет по линейной модели»;

- модуль MCHAR.EXE – «Расчет изменения масс-центровочных характеристик ракет в функции времени»;

- модуль TRK.EXE – «Расчет траектории».

 

Область применения комплекса программ – проектирование управляемых (одноканальных и двухканальных) одноступенчатых и двухступенчатых (с отделяемой и неотделяемой стартовой ступенью) ракет, выполненных по схеме «утка» или «нормальная» с двигательными установками на твердом топливе и целиком поворотными аэродинамическими органами управления.

Количество систем несущих поверхностей – не более трех.

Количество двигателей – не более двух.

Форма заряда двигателя – «произвольное тело вращения».

Действия конструктора и их последовательность в процессе проектирования представлены на рисунке 2.

 

Рисунок 2 – Действия конструктора и их последовательность в процессе проектирования

Применяя комплекс программ для аэробаллистического проектирования ракет, конструктор действует по следующей схеме.

Анализирует техническое задание на разработку комплекса и выделяет требования к ракете: максимальную дальность полета, среднюю скорость полета, способ пуска; тип боевой части, ее могущество и вес; ограничения на вес и габариты; тип системы управления и т.д. Формирует некоторые дополнительные требования: частоты собственных колебаний и располагаемые перегрузки в начале управления и конце полета, максимальные продольные и поперечные перегрузки, начальную скорость полета и т.д.

Намечает альтернативные варианты конструктивно-компоновочной схемы, включающей: аэродинамическую схему, число каналов управления, тип и количество двигателей, число ступеней, схему сочленения ступеней, последовательность размещения комплектующих блоков.

Обращается к базам данных. Вызывает на монитор характеристики моделей изделия. Анализирует характеристики ранее спроектированных ракет.

Выбирает вариант наиболее близкий по характеристикам к требованиям заказчика (прототип) и использует его в дальнейшем в качестве опорного для проведения проектных расчетов.

Корректирует параметры модели прототипа или формирует новую конструкторско-компоновочную схему и вводит параметры модели.

Производит приближенный расчет габаритно-массовых характеристик комплектующих блоков (боевой части, блока рулевых приводов, аппаратуры управления и т.д.).

Для оценки потребного количества топлива может быть рекомендована формула Циолковского:

, где

Vmax – скорость полета ракеты в конце разгона;

w – потребная масса топлива;

m – стартовая масса ракеты;

i – единичный импульс топлива;

g – ускорение свободного падения;

Работа с программой в диалоговом режиме основана на использовании принципа «меню». Учитывая, что все «меню» программного комплекса снабжены краткими подсказками по работе с ними, ограничимся классификацией типов меню и описанием особенностей работы с ними.

Моделирование характеристик двигателя проводится в диалоговом режиме на ПВЭМ PC с использованием программы DU.EXE. На запрос с экрана ПЭВМ последовательно задаются:

- Условия расчета (температура заряда, шифр партии пороха, время задержки включения, способ определения скорости горения);

- Параметры камеры (наружный диаметр камеры, диаметр внутренней трубы, среднее давление при температуре минус 50°С, проектная толщина стенки, коэффициент запаса прочности, толщина теплоизоляционного покрытия (ТЗП), плотность ТЗП, коэффициент реализации импульса);

- Материал камеры;

- Сопловой блок (расположение, количество сопел, толщина стенки в выходном сечении, наклон оси сопла в вертикальной и горизонтальной плоскости, давление среза мембран, суммарный коэффициент потерь в сопле);

- Геометрия заряда;

- Марка пороха.

Результаты моделирования заносятся в текстовый файл REZ.DAT и содержат следующую информацию:

Масса топлива, масса недогоревшего остатка, масса воспламенителя, изменение толщины горящего свода и поверхности горения, изменение массы, центра тяжести, моментов инерции по времени, характеристики конструкции двигателя (диаметр критического и выходного сечения сопла, длина двигателя и сопла), максимальное давление в камере, полный импульс, единичный импульс, время работы двигателя, изменение тяги двигателя по времени, коэффициенты объемного и массового совершенства

Полученные данные отображаются в графическом виде на экране дисплея программой и могут быть выведены в виде твердой копии (на бумагу).

Конструктор для заданных параметров двигателя получает основные внутрибаллистические характеристики двигателя (давление и тягу в функции времени) и проводит их анализ. Более подробно см. Методику проектирования двигателя в системе ЭСКИЗ.