|
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.
|
|