КОСМОНАВТИКА
Оcновы проектирвоания неракетных космических аппаратов

4.ОСНОВЫ ДИНАМИКИ НЕРАКЕТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

 

     Динамика ракетных ЛА полностью определяется уравнением движения тела переменной массы, или его версией, записанной Циолковским:

V = wLnZ,

где:
     V - скорость ракетного ЛА после выработки рабочего тела;
     w – скорость истечения рабочего тела;
     Z – число Циолковского, Z = Mо/Mк,
     Mо – стартовая масса РЛА,
     Mк – масса РЛА после выработки рабочего тела.
     Напомним, что заслуга К.Э. Циолковского – не в выведении самой этой формулы, хорошо известной за 100 лет до него, а в указании связи ее составных частей с конструктивными параметрами РЛА. Однако, поскольку у неракетных ЛА отсутствует выброс рабочего тела, формула Циолковского не применима к ним без ряда допущений.
    Изобретателями С.М. и О.М. Поляковыми в [16, с.55] высказано мнение, что предлагаемые различными изобретателями неракетные двигатели можно рассматривать как… ракетные, рабочим телом которых является некое, обладающее энергией, а, соответственно, и массой, поле (по мнению Поляковых - гравитационное), скорость истечения которого значительно выше скорости света. Однако это предположение пока ничем, кроме работ самих Поляковых (и их развития в НИИ КС, см. [17]) не подтверждается, а их результаты имеют неоднозначную интерпретацию.
     Поэтому необходимо найти другие зависимости параметров полета (и, соответственно, энергетических характеристик НКК) и конструктивных параметров неракетного ЛА. Поскольку даже в отсутствие явного рабочего тела, энергия на движение НКК в любом случае будет расходоваться, и где-то на его борту преобразовываться, начнем наши рассуждения мощности энергетической установки.
     Как известно [18, с.271], для РЛА различают полезную или тяговую мощность,

Nт = PV,

где:
     V - скорость полета РЛА,
     и мощность ракетного двигателя

Nрд = 0,5Pw,

где:
     P – тяга ракетного двигателя,
     w – скорость истечения рабочего тела. В общем случае, Nт может быть меньше или больше Nрд.
     Соответственно, для неракетного ЛА (МКК)

Nт = E/t,

где: E – кинетическая энергия МКК,
     t – время разгона до скорости V.
     Поскольку

E = MV2/2,

то

Nт = (MV2)/(2t) = MVa/2,
a = ng,

где
     n – перегрузка;
     g – ускорение свободного падения, 9,81 м/с2.
     Следовательно,

Nт = MVng/2.

Т.е. Nт = f(V, n (или a, t)). Скорость V определяется из баллистических рассчётов, исходя из решаемой транспортной задачи. Перегрузка определяется режимом полёта - так, для вертикально взлёта с Земли n = 1,2; могут задаваться ограничения на продолжительность отдельных этапов полёта, например – время прохождения радиационных поясов Земли. Вместе с тем, для комфорта экипажа при продолжительных активных участках желательно n = const. С другой стороны, для всех известных ЭУ и ДУ предпочтительным эксплуатационным режимом является N = const.
     Мощность ДУ НКК

Nд = P/K,

где: K – коэффициент преобразования подводимой к ДУ мощности (по современным представлениям, скорее всего - электрической) в тягу, Н/Вт – аналог КПД, качественная характеристика неракетного двигателя.
     Следовательно, можно записать уравнение существования МКК:

Mо = Mконстр + Mпг + Mэу + Мкэ + Mду,

где:
     Mо =P/(ng) – взлетная масса МКК;
     Mконстр = f(Mпг, Mэу, Mду, n) – масса конструкции МКК;
     Mпг – полезный груз;
     Mэу = f(P/K) – масса энергетической установки, питающей ДУ;
     Мкэ = f(T, Nэк) – масса кабины экипажа, зависит от продолжительности полета и численности экипажа;
     Mду = f(P, K) – масса ДУ,
     или:

Мо = f(P, K) + f(P/K) + Mгр + f(T, Nэк) + f[Mгр + f(T, Nэк), f(P/K), f(P, K), n]

В дальнейшем, для анализа энергосиловых установок НКК, применяется упрощенное уравнение:

Мо = Мду + Мэу + Мс,

где:
     Мс – “сухая” масса,
     Мс = Мпг + Мкэ + Мконстр,
     Вид функций f(P, K), f(P/K), f(T, Nэк) и f[Mгр + f(T, Nэк), f(P/K), f(P, K), n] будет конкретизирован далее.

КОСМОНАВТИКА
Оcновы проектирвоания неракетных космических аппаратов
Сайт создан в системе uCoz