Лекция № 20 Особенности проектирования системы отделения двигателя под аэродинамической нагрузкой

Отделение двигателя для бикалиберной схемы ЗУР с управлением на старте имеет ряд особенностей.

В базовой ЗУР 9М311 комплекса «Тунгуска» и в последующих разработках принята тандемная схема расположения ДУ при единых для стартового и маршевого участков рулевых приводах в схеме планера «утка». Распределение сил вдоль корпуса ракеты при наличии угла атаки a и угла отклонения руля d на стартовом участке приведено на рис.12.

a + d

d

А

 

Рис. 12

Маршевая ступень (МС) жестко соединена со стартовым двигателем (СД) по торцу А. Балансировка планера осуществляется на угле:

 

При этом изгибающие моменты на корпусе ракеты представлены в виде эпюры на рис.13.

 

При разделении по торцу А маршевая ступень балансируется на угле

 

Стартовый двигатель после разделения вращается вокруг своего центра масс по направлению a ® 0 в случае аэродинамически устойчивого СД или в сторону увеличения a - в случае неустойчивого СД до опрокидывания.

 

 

 

 

Очевидно, что обеспечив a_СТ = a_М можно обеспечить отсутствие возмущений маршевой ступени после разделения из-за отсутствия перебалансировки.

Но данное условие в реальных условиях не реализуется в связи с тем, что стабилизатор выбирается из условия обеспечения устойчивости планера на всем стартовом участке полета при существенном смещении центра масс вперед в связи с выгоранием топлива. В итоге наличие СД без топлива оказывает значительное стабилизирующее влияние на планер в целом. В любом случае условия a_СТ » a_М недостаточно для исключения возмущений при разделении под нагрузкой.

Связано это с тем, что для обеспечения соосности МС и отделяемого СД они кроме прижатия замком по торцам А соединены и цилиндрической посадкой на длине l. Причем l зависит от компоновочных параметров ЗУР и может меняться в пределах от l » 0,1 d_М до l = (5 – 10) d_М в зависимости от возможного вдвижения МС в СД.

При этом разделение происходит за счет взаимного перемещения СД и МС и содержит 2 участка (рис.14):

Рис.14

I участок – t_I > (1,5 ¸ 2) d_М

на котором практически не изменяется угловая жесткость планера

II участок – t_II £ (1,5 ¸ 2) d_М

на котором сочленение МС и СД работает как шарнир (с переменной жесткостью) и приводит к возмущениям МС при разделении.

Динамика изменения углов и угловых скоростей МС и СД при разделении во времени приведена на рис.15.

Как видно из рис.15, формирование возмущений начинается только на 2- участке двигателя МС и СД.

 

 

В связи с этим, конструктивное исключение 2-го участка позволит обеспечить невозмущенное разделение ступеней под аэродинамической нагрузкой.

Схема устройства отсечки 2-го участка приведена на рис.16.

Рис.16

Таким образом, основными мероприятиями при формировании планера бикалиберной двухступенчатой схемы ЗУР, обеспечивающими невозмущенное разделение ступеней под нагрузкой являются:

обеспечение условия a^б ст » a^б марш.

уменьшение команд и их сглаживание на период разделения;

конструктивное исполнение механизма разделения, обеспечивающее мгновенное расцепление МС и СД при t_Р соответствующем (1,5 ¸ 2)d_М .