RU2086903C1 - Method of descent in atmosphere of member separated from hypersonic vehicle possessing aerodynamic efficiency and device for its realization - Google Patents

Method of descent in atmosphere of member separated from hypersonic vehicle possessing aerodynamic efficiency and device for its realization Download PDF

Info

Publication number
RU2086903C1
RU2086903C1 RU95110846/02A RU95110846A RU2086903C1 RU 2086903 C1 RU2086903 C1 RU 2086903C1 RU 95110846/02 A RU95110846/02 A RU 95110846/02A RU 95110846 A RU95110846 A RU 95110846A RU 2086903 C1 RU2086903 C1 RU 2086903C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aerodynamic
attack
referred
separated
angle
Prior art date
Application number
RU95110846/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95110846A (en
Inventor
В.А. Болотин
С.В. Борзых
Л.С. Григорьев
дькин А.А. Д
А.А. Дядькин
В.В. Кокушкин
Н.Д. Никитин
В.И. Петров
А.Г. Решетин
И.Ф. Рубайло
Б.П. Сотсков
В.М. Филин
Ю.Н. Щиблев
В.И. Бодриков
Original Assignee
Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева filed Critical Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева
Priority to RU95110846/02A priority Critical patent/RU2086903C1/en
Publication of RU95110846A publication Critical patent/RU95110846A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2086903C1 publication Critical patent/RU2086903C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Abstract

FIELD: aerodynamics, in particular, descent in atmosphere of members separated from hypersonic vehicle. SUBSTANCE: the method consists in stabilization of the separated member at a preset angle of attack in the plane of symmetry under the action of the aerodynamic current; stabilization of the separated member is effected by action of stabilizing moment on it equal in value and reverse in sign to the aerodynamic moment acting on the separated member at an angle of attack corresponding to zero aerodynamic lift and minimum of aerodynamic drag at hypersonic flight speeds. The device has a stabilizing unit of heat-resistant material connecting it to the separated member. The stabilizing unit is made in form of a ballistic- type rigid body statically stable in aerodynamic current; the flexible coupling is hinge-joined to the top of the stabilizing unit, whose maximum cross-section area is determined from relationship :Sm= Cxa•S/Cxal•μ•(((1+μ)/μ)•m2/Cxa/Kx,y+1), where Kx,y= (Yo-Yt)•cosα-(Xo-Xt)•sinα, Sm - maximum cross-section area of the stabilizing unit referred to Sm; α - angle of attack of separated member corresponding to zero lift and minimum drag at hypersonic flight speeds; S,L - characteristic area and length of separated member; mz - pitching-moment coefficient of separated member at angle of attack α referred to S and L; Cxa - drag coefficient of separated member referred to S; μ - stabilizing unit mass-to-separated member mass ratio; Xo,Yo - coordinated of flexible coupling attachment to separated member referred to L; Xt,Yt - coordinates of center of masses of separated member referred to L. EFFECT: facilitated procedure. 2 cl

Description

Изобретение относится к аэродинамике, а именно к разработке способа и устройства для спуска в атмосфере отделяемого от гиперзвукового ЛА элемента (ОЭ), относящегося к классу тел, обладающих аэродинамическим качеством. The invention relates to aerodynamics, and in particular to the development of a method and device for descent in the atmosphere of an element (OE) detachable from a hypersonic aircraft, belonging to the class of bodies having aerodynamic quality.

Известен способ спуска в атмосфере отделяемого от РН элемента, например, обечайки корпуса космической головной части (КГЧ), включающий отделение обечайки от РН в заданный момент времени в процессе выведении КА на орбиту, основанный на торможении атмосферой и автономном нестабилизированном движении ОЭ на всем атмосферном участке полета обечайки (см.[1] стр.89-90). There is a method of descent in the atmosphere of an element detachable from the LV, for example, the shell of the space head shell (CSC), comprising separating the shell from the LV at a given point in time in the process of launching the spacecraft into orbit, based on atmospheric deceleration and autonomous unstabilized motion of the MA throughout the atmospheric section shell flight (see [1] p. 89-90).

Известна КГЧ РН, содержащая КА, головной обтекатель (ГО) моноблочного или секционного исполнения, разделяющийся на несколько отделяемых от РН обечаек (см.[1] стр.89-90). Known KGCH PH containing SC, the head fairing (GO) of a monoblock or sectional design, which is divided into several shells detachable from the PH (see [1] p. 89-90).

Недостаток известного способа и устройства значительные размеры зон падения элементов ГО, обусловленные нестабилизированным (хаотичным) движением элементов ГО при полете в атмосфере Земли при существенном изменении величин аэродинамических характеристик элементов ГО. Так проведенный на предприятии анализ результатов натурных испытаний существующих РН типа "Союз", "Протон", "Зенит" показал, что площади зоны разброса отделяемых элементов ГО достигает нескольких тысяч кв.км. The disadvantage of this method and device is the significant size of the zones of incidence of GO elements, due to the unstabilized (chaotic) movement of GO elements during flight in the Earth’s atmosphere with a significant change in the aerodynamic characteristics of GO elements. Thus, an analysis of the results of field tests of existing LVs of the Soyuz, Proton, and Zenit type showed at the enterprise that the area of the dispersion zone of the separated GO elements reaches several thousand sq. Km.

Известен также способ спуска в атмосфере отделяемого от РН, например, космического аппарата (КА), совершающего автономный спуск в атмосфере, основанный на стабилизации на заданном (балансировочном) угле атаки и ориентации его по каналам тангажа, рыскания и крена, торможении КА атмосферой на траектории спуска при наличии аэродинамического нагрева и дополнительном торможении струей двигателя в заданном интервале времени для обеспечения мягкой посадки на Землю. При этом торможение КА осуществляют аэродинамическим потоком, непосредственно воздействующим на КА ([1] стр. 415). There is also known a method of descent in the atmosphere separated from the spacecraft, for example, a spacecraft (SC), performing autonomous descent in the atmosphere, based on stabilization at a given (balancing) angle of attack and its orientation along the pitch, yaw and roll channels, braking the spacecraft by the atmosphere on a trajectory descent in the presence of aerodynamic heating and additional braking by the jet of the engine in a given time interval to ensure a soft landing on the Earth. In this case, the spacecraft is braked by an aerodynamic flow directly affecting the spacecraft ([1] p. 415).

Известно также устройство для осуществления спуска, выполненное в виде КА (см. например, [1] стр. 378), содержащее теплоизолированный корпус, средства обеспечения стабилизации (аэродинамические органы управления) по каналам тангажа, рыскания и крена, средства обеспечения мягкой посадки. It is also known a device for carrying out the descent, made in the form of a spacecraft (see, for example, [1] p. 378), containing a thermally insulated body, stabilization means (aerodynamic controls) along the pitch, yaw and roll channels, means of providing a soft landing.

Указанные технические решения позволяют осуществить спуск КА на заданном (балансировочном) угле атаки с использованием аэродинамической подъемной силы для управления движением и посадки в районе с заданными координатами. Однако сложность управления движением и наличие в составе КА средств обеспечения движением КА в атмосфере обуславливают сложность конструкции и высокую эксплуатационную стоимость КА и по этой причине они неприемлемы для спуска отделяемых элементов. These technical solutions allow the spacecraft to be launched at a given (balancing) angle of attack using aerodynamic lift to control movement and landing in an area with specified coordinates. However, the complexity of the motion control and the presence in the spacecraft of the means to support the motion of the spacecraft in the atmosphere determine the complexity of the design and the high operational cost of the spacecraft and for this reason they are unacceptable for the descent of the separated elements.

Известен также способ спуска в атмосфере отделяемого элемента (КА) от РН, основанный на торможении атмосферой и стабилизации СУ (в отличие от ОЭ) на заданном (балансировочном) угле атаки. При этом стабилизацию СУ по каналам тангажа, рыскания и крена осуществляют посредством изменения в полете длин тросов. There is also known a method of descent in the atmosphere of a detachable element (SC) from the LV, based on atmospheric braking and stabilization of the SU (in contrast to the MA) at a given (balancing) angle of attack. In this case, the stabilization of the SU along the pitch, yaw and roll channels is carried out by changing the flight lengths of the cables.

Известно также устройство для спуска в атмосфере ОЭ (КА) РН, обладающего аэродинамическим качеством, содержащее СУ, выполненное в виде надувного параплана либо гибкого крыла, также обладающих аэродинамическим качеством и соединенных с ОЭ посредством тросов, содержащее механизм изменения в процессе полета длины тросов с возможностью стабилизации СУ по каналам тангажа, рыскания и крена. Also known is a device for launching in the atmosphere of an aerodynamic-grade OE (KA) launch vehicle containing SU, made in the form of an inflatable paraglider or flexible wing, also having aerodynamic quality and connected to the OE by means of cables, containing a mechanism for changing the length of the cables during flight stabilization of SU along the pitch, yaw and roll channels.

Недостатки способа и устройства сложность обеспечения стабилизации посредством изменения длины тросов и необходимость обеспечения устройства соответствующими механизмами. К тому же отсутствие необходимого для выполнения гибкой несущей поверхности СУ теплостойкого материала, способного выдержать тепловые нагрузки на гиперзвуковых скоростях полета, обуславливает невозможность промышленного применения этих технических решений. The disadvantages of the method and device the difficulty of stabilizing by changing the length of the cables and the need to provide the device with appropriate mechanisms. In addition, the absence of a heat-resistant material that is able to withstand heat loads at hypersonic flight speeds, which is necessary for performing a flexible bearing surface, gives rise to the impossibility of industrial application of these technical solutions.

Известен также способ спуска в атмосфере отделяемого от РН, например, ракетного блока (РБ) или КА, обладающих также аэродинамическим качеством, основанный на торможении атмосферой и стабилизации ОЭ на траектории спуска в вертикальной плоскости (на нулевом угле атаки). При этом торможение осуществляют аэродинамическим потоком, непосредственно воздействующим на отделяемый элемент (КА, РБ) и одновременно на стабилизирующее устройство (СУ), соединенное посредством гибкой связи с ОЭ. There is also known a method of descent in the atmosphere detachable from the launch vehicle, for example, a missile unit (RB) or spacecraft, also having aerodynamic quality, based on atmospheric braking and stabilization of the MA on the descent trajectory in a vertical plane (at zero angle of attack). In this case, braking is carried out by an aerodynamic flow directly acting on a detachable element (KA, RB) and at the same time on a stabilizing device (CS) connected by means of a flexible connection with a MA.

Известно также устройство для спуска в атмосфере отделяемого от РН элемента, обладающего аэродинамическим качеством, содержащее СУ, выполненное в виде осесимметричного парашюта или надувной емкости и соединенное с ОЭ посредством гибкой связи. При этом гибкая связь выполнена в виде парашютных строп, закрепленных соосно с ОЭ. There is also known a device for launching in the atmosphere an aerodynamic-quality detachable element from a LV, containing an SU made in the form of an axisymmetric parachute or an inflatable tank and connected to the MA through flexible communication. At the same time, the flexible connection is made in the form of parachute slings fixed coaxially with the MA.

Приведенные технические решения наиболее близки к предлагаемым и приняты авторами за прототип способа и устройства соответственно. The above technical solutions are closest to those proposed and adopted by the authors as a prototype of the method and device, respectively.

Недостатки этих технических решений также значительные размеры площади зоны падения ОЭ, обусловленные ограниченным диапазоном чисел Маха, в котором возможно применение устройств. Так, современные СУ, выполненные в виде парашюта или надувной емкости, применяются, как правило, в комбинации с другими средствами возвращения и используются на заключительном этапе снижения ОЭ (см.[1] стр.378). А создание управляемого парашюта для осуществления спуска на всем атмосферном участке полета после отделения от ЛА, в том числе на гиперзвуковых и сверхзвуковых скоростях полета, в настоящее время связано с техническими трудностями, обусловленными необходимостью создания гибких термопрочных материалов, армированных элементами, выполненными из термостойкого материала, способного выдержать тепловое нагружение на гиперзвуковых и сверхзвуковых скоростях полета. К тому же создание такого парашюта требует значительных материальных затрат. The disadvantages of these technical solutions are also the significant size of the area of the fall of the MA, due to the limited range of Mach numbers in which the use of devices is possible. So, modern control systems, made in the form of a parachute or an inflatable tank, are used, as a rule, in combination with other means of return and are used at the final stage of reducing the MA (see [1] p. 378). And the creation of a controlled parachute for launching over the entire atmospheric portion of the flight after separation from the aircraft, including at hypersonic and supersonic flight speeds, is currently associated with technical difficulties due to the need to create flexible heat-resistant materials reinforced with elements made of heat-resistant material, capable of withstanding thermal loading at hypersonic and supersonic flight speeds. In addition, the creation of such a parachute requires significant material costs.

Задачей изобретения является уменьшение площадей зон падения отделяемых от ЛА элементов, обладающих аэродинамическим качеством при одновременном упрощении конструкции устройства для осуществления способа, а также уменьшение материальных затрат на аренду районов падения ОЭ. The objective of the invention is to reduce the area of the zones of incidence of elements separated from the aircraft with aerodynamic quality while simplifying the design of the device for implementing the method, as well as reducing material costs for renting areas of incidence of OE.

Техническим результом изобретения является обеспечение ориентированного движения ОЭ на участке спуска в атмосфере на заданном угле атаки, упрощение конструкции СУ для решения задачи спуска в атмосфере, в том числе на участке гиперзвуковых-сверхзвуковых скоростей полета, соответствующих максимальным тепловым потокам. The technical result of the invention is the provision of oriented motion of the MA in the descent section in the atmosphere at a given angle of attack, simplification of the design of the control system for solving the descent problem in the atmosphere, including in the section of hypersonic-supersonic flight speeds corresponding to the maximum heat fluxes.

Задача решается за счет того, что в предложенном способе спуска ОЭ, обладающего аэродинамическим качеством, основанном на стабилизации ОЭ на заданном угле атаки в плоскости симметрии при воздействии аэродинамического потока, стабилизацию отделяемого элемента осуществляют на всем атмосферном участке полета путем воздействия на него дополнительным стабилизирующим моментом, равным по величине и обратным по знаку аэродинамическому моменту, действующему на отделяемый элемент на угле атаки, соответствующем нулевой аэродинамической подъемной силе и минимуму лобового аэродинамического сопротивления при гиперзвуковых скоростях полета. The problem is solved due to the fact that in the proposed method of launching an aerodynamic-grade OE based on the stabilization of the OE at a given angle of attack in the plane of symmetry under the influence of an aerodynamic flow, the detachable element is stabilized over the entire atmospheric section of the flight by applying an additional stabilizing moment to it, equal in magnitude and opposite in sign aerodynamic moment acting on the detachable element at an angle of attack corresponding to zero aerodynamic lift me strength and minimum frontal aerodynamic drag at hypersonic flight speeds.

В устройстве для спуска в атмосфере отделяемого от ЛА элемента, обладающем аэродинамическим качеством, содержащем СУ, гибкую связь, соединяющую СУ с ОЭ, согласно изобретению СУ выполнено в виде статически устойчивого в аэродинамическом потоке жесткого тела баллистического типа, при этом гибкая связь одним концом шарнирно укреплена в вершине СУ, а потребная площадь миделя СУ определяется из соотношения

Figure 00000002

где Kx,y= (Yo-Yт)•cosα-(Xo-Xт)•sinα,
Sm площадь миделя СУ;
Cxa1 коэффициент лобового сопротивления СУ, отнесенный к Sm;
Cxa коэффициент лобового сопротивления ОЭ, отнесенный к S;
α угол атаки ОЭ, соответствующий нулевой подъемной силе и минимуму сопротивления при гиперзвуковых скоростях полета;
S, L характерная площадь и длина ОЭ;
mz коэффициент момента тангажа ОЭ при угле атаки a отнесенный к S и L;
m отношение массы СУ к массе ОЭ;
Xo, Yo координаты точки крепления гибкой связи с ОЭ, отнесенные к L;
Xт,Yт координаты центра масс ОЭ, отнесенные к L.In the device for descent in the atmosphere of an aerodynamic-detachable element having an aerodynamic quality, containing a CS, the flexible connection connecting the CS to the OE, according to the invention, the CS is made in the form of a ballistic-type rigid body statically stable in the aerodynamic flow, while the flexible connection at one end is articulated at the top of the SU, and the required midship area of the SU is determined from the ratio
Figure 00000002

where K x, y = (Y o -Y t ) • cosα- (X o -X t ) • sinα,
S m the area of the midship SU;
C xa1 coefficient of drag of the SU, referred to S m ;
C xa is the drag coefficient of the OE referred to S;
α angle of attack of the MA, corresponding to zero lifting force and a minimum of resistance at hypersonic flight speeds;
S, L characteristic area and length of MA;
m z the coefficient of the moment of pitch of the MA at the angle of attack a referred to S and L;
m is the mass ratio of SU to the mass of MA;
X o , Y o coordinates of the point of attachment of a flexible connection with OE, referred to L;
X t , Y t coordinates of the center of mass of the OE, referred to L.

Координаты точки крепления выбирают из условия максимально возможной длины плеча, соединяющего центр масс с линией действия прикладываемой силы, а угол a отсчитывается от оси OX связанной системы координат (OXYZ). The coordinates of the attachment point are selected from the condition of the maximum possible shoulder length connecting the center of mass with the line of action of the applied force, and the angle a is measured from the axis OX of the associated coordinate system (OXYZ).

Именно осуществление стабилизации ОЭ на всем атмосферном участке полета путем воздействия на него дополнительным стабилизирующим моментом, равным по величине и обратным по знаку аэродинамическому моменту, действующему на ОЭ на угле атаки, соответствующем нулевой аэродинамической подъемной силе и минимуму лобового аэродинамического сопротивления при гиперзвуковых скоростях полета с помощью устройства, которое выполнено в виде статически устойчивого в аэродинамическом потоке жесткого тела баллистического типа и в котором гибкая связь одним концом шарнирно укреплена в вершине СУ, а площадь миделя СУ выполнена по соотношению (1), обеспечивает достижение поставленной цели уменьшение площадей зон падения отделяемых от ЛА элементов, обладающих аэродинамическим качеством при упрощении конструкции СУ. It is the implementation of the stabilization of the MA throughout the atmospheric portion of the flight by acting on it with an additional stabilizing moment equal in magnitude and opposite in sign to the aerodynamic moment acting on the MA at the angle of attack corresponding to zero aerodynamic lift and minimum frontal aerodynamic drag at hypersonic flight speeds using device, which is made in the form of a ballistic type statically stable in the aerodynamic flow of a rigid body and in which a flexible communicates with one end hingedly to top strengthened SU and SU midsection area formed by the ratio of (1) achieves the goal area reduction zone separated from falling LA elements having an aerodynamic quality while simplifying the structure SU.

По сравнению с прототипом изобретение сокращает материальные затраты на аренду районов падения ОЭ и создание необходимого устройства. Compared with the prototype, the invention reduces the material costs of renting areas of fall of the MA and the creation of the necessary device.

Признаки, отличающие изобретение от прототипа, позволяют сделать вывод о соответствии предложенных решений критерию "новизна". Технические решения явным образом не следуют из уровня техники, т.е. соответствуют критерию "изобретательский уровень". The features that distinguish the invention from the prototype allow us to conclude that the proposed solutions meet the criterion of "novelty." Technical solutions do not explicitly follow from the prior art, i.e. meet the criterion of "inventive step".

Сущность изобретения поясняется на примере решения поставленной задачи применительно к отделяемым (секционным) элементам ГО КГЧ эксплуатируемой РН. The invention is illustrated by the example of solving the problem in relation to the detachable (sectional) elements GO KGCH operated LV.

На фиг. 1 приведена схема функционирования РН с разделением ГО КГЧ на составные элементы; на фиг.2 фрагмент полета секционного элемента ГО КГЧ на атмосферном участке (здесь же приведена схема аэродинамических сил, действующих на систему "СУ гибкая связь секционный элемент ГО"); на фиг.3 приведена зависимость коэффициента mz момента тангажа ОЭ от угла атаки a на фиг.4 зависимость коэффициента Cxa лобового сопротивления и коэффициента Cya подъемной силы ОЭ от угла атаки a; на фиг.5 - зависимость коэффициента Cxa1 лобового сопротивления СУ от числа М; на фиг.6 полоса разброса коэффициента Cxa ОЭ при нестабилизированном спуске (поз.1) и спуске по предполагаемым решениям (поз.2).In FIG. 1 shows a diagram of the functioning of the launch vehicle with the separation of GO KGCH into components; figure 2 is a fragment of the flight of the sectional element GO GO in the atmospheric section (here is a diagram of the aerodynamic forces acting on the system "SU flexible connection section element GO"); figure 3 shows the dependence of the coefficient m z the moment of pitch of the MA from the angle of attack a in figure 4 the dependence of the coefficient C xa of the drag and coefficient C ya of the lifting force of the MA from the angle of attack a; figure 5 - dependence of the coefficient C xa1 frontal resistance of the SU from the number M; in Fig.6, the bandwidth of the coefficient C xa OE with unstabilized descent (pos.1) and descent according to the proposed solutions (pos.2).

Спуск ОЭ в атмосфере осуществляют следующим образом. The descent of MA in the atmosphere is as follows.

С временной задержкой после отделения устройства от ЛА под действием собственного веса ОЭ (μ < 1) СУ вводят в рабочее положение (фиг.1 и 2). На всем участке полета на ОЭ воздействуют дополнительным стабилизирующим моментом (фиг.2,3), равным по величине и обратным по знаку аэродинамическому моменту, действующему на ОЭ на фиксированном угле атаки (см. фиг.3, поз.1). Фиксированный угол атаки соответствует нулевой подъемной силе и минимуму лобового аэродинамического сопротивления при mz<0 (где mz - производная mz по углу атаки α ) на гиперзвуковых скоростях полета (см. фиг.4, поз.1).With a time delay after separation of the device from the aircraft under the influence of its own weight OE (μ <1) SU enter into working position (Fig.1 and 2). Throughout the flight section, the OE is affected by an additional stabilizing moment (Fig. 2,3), which is equal in magnitude and opposite in sign to the aerodynamic moment acting on the OE at a fixed angle of attack (see Fig. 3, item 1). A fixed angle of attack corresponds to zero lift and a minimum of frontal aerodynamic drag at m z <0 (where m z is the derivative of m z with respect to the angle of attack α) at hypersonic flight speeds (see Fig. 4, item 1).

Устройство для спуска (фиг.1,2) в атмосфере отделяемого от РН 1 секционного элемента 2 ГО, обладающего аэродинамическим качеством, содержит СУ 3, гибкую связь 4, соединяющую СУ с ОЭ. A device for descent (Fig.1,2) in the atmosphere detachable from the pH 1 of the sectional element 2 of the GO, having aerodynamic quality, contains SU 3, flexible connection 4, connecting SU with OE.

СУ выполнено в виде статически устойчивого (m a z < 0) в аэродинамическом потоке жесткого тела, обеспечивающего восстанавливающий аэродинамический момент, при действии на него набегающего потока (см. например, Н.Краснов "Аэродинамика тел вращения", из-во Машиностроение, 1964г. стр. 279-281). Шарнирное крепление (поз. 5) гибкой связи с СУ позволяет уменьшить воздействие аэродинамического момента ОЭ на СУ до минимума.SU made in the form of statically stable (m a z <0) in the aerodynamic flow of a rigid body, which provides a restoring aerodynamic moment, under the action of an incident flow on it (see, for example, N. Krasnov, "Aerodynamics of bodies of revolution", Engineering, 1964, pp. 279-281). The swivel mount (pos. 5) of the flexible connection with the control system allows to reduce the impact of the aerodynamic moment of the MA on the control system to a minimum.

Выполнение СУ в виде жесткого тела позволяет использовать известные теплостойкие материалы с нанесением их на поверхность СУ по известной технологии, используемой для современных КА. Тем самым исключается необходимость в разработке гибких теплостойких материалов, способных выдержать тепловые нагрузки при гиперзвуковых скоростях полета. The implementation of the SU in the form of a rigid body allows the use of well-known heat-resistant materials with their application to the surface of the SU according to the known technology used for modern spacecraft. This eliminates the need for the development of flexible heat-resistant materials that can withstand heat loads at hypersonic flight speeds.

СУ выполняют в виде тела баллистического типа с нулевым аэродинамическим качеством (определение "баллистического типа" см.[1] стр.40), например конуса, шара, параболлоида вращения и пр. что обеспечивает движение его по траектории, близкой к баллистической, и также обуславливает минимальные площади РН. Площадь миделя Sм СУ определяют по формуле (1).The control system is performed in the form of a ballistic type body with zero aerodynamic quality (for the definition of "ballistic type" see [1] p. 40), for example, a cone, ball, rotation parabolloid, etc., which ensures its movement along a trajectory close to ballistic, and also causes minimum pH areas. The midsection area S m SU is determined by the formula (1).

Гибкую связь 4 выполняют в виде фала или троса также из теплостойкого материала. Одним концом она шарнирно укреплена в вершине 5 СУ, другим в плоскости симметрии ОЭ в точке 6 с координатами крепления Xo, Yo. Координаты Xo, Yo соотносятся с площадью миделя СУ и его коэффициентом Cxa (см. фиг.5) лобового сопротивления также по формуле (1). Длину гибкой связи выбирают из условия обтекания СУ невозмущенным от секционного элемента потоком по результатам расчетных или экспериментальных исследований.Flexible connection 4 is performed in the form of a halyard or cable also of heat-resistant material. At one end, it is pivotally mounted at the vertex 5 of the CS, the other in the plane of symmetry of the MA at point 6 with the attachment coordinates X o , Y o . The coordinates X o , Y o correlate with the area of the midship SU and its coefficient C xa (see figure 5) of drag, also by the formula (1). The length of the flexible connection is selected from the condition of flow around the control system with an unperturbed stream from the sectional element according to the results of calculated or experimental studies.

Центр масс ОЭ находится в точке с координатами Xт, Yт.The center of mass of the MA is at the point with coordinates X t , Y t .

Таким образом, осуществление в процессе полета фиксированного угла атаки именно на гиперзвуковых скоростях при указанных условиях в совокупности с отличительными признаками устройства приводит к уменьшению полосы разброса аэродинамических характеристик ОЭ (фиг.6). При этом осуществляется ориентированное движение на всех участках полета на заданном угле атаки, что и приводит к выполнению поставленной цели, уменьшению площадей РП падения ОЭ. Thus, the implementation in the process of flying a fixed angle of attack precisely at hypersonic speeds under the indicated conditions, in combination with the hallmarks of the device, leads to a decrease in the dispersion band of the aerodynamic characteristics of the MA (Fig.6). In this case, oriented movement is carried out in all flight sections at a given angle of attack, which leads to the achievement of the goal, a decrease in the RP area of the fall of the MA.

Проведенные на предприятии расчеты показали, что для осуществления спуска в атмосфере секционного элемента ГО КГЧ (см. фиг.2), выполненного в виде тела вращения оживало-цилиндрической формы, разрезанного на две половины, при длине этого тела, равной 23,7м, требуется СУ, выполненное в виде конуса с полууглом 57o и диаметром основания 4,75 м. При этом координаты точки крепления Xo=17,7 м; Yo=3 м, координаты центра масс Xт=0,38 м; Yт=2 м (в системе координа фиг.2). Длина троса 30 м.The calculations performed at the enterprise showed that for the descent in the atmosphere of the sectional element of the GO KGCH (see figure 2), made in the form of a revolving-cylindrical body of revolution, cut into two halves, with a body length of 23.7 m, it is required SU, made in the form of a cone with a semi-angle of 57 o and a base diameter of 4.75 m. The coordinates of the attachment point X o = 17.7 m; Y o = 3 m, the coordinates of the center of mass X t = 0.38 m; Y t = 2 m (in the coordination system of figure 2). Cable length 30 m.

Расчеты рассеивания точек падения этого элемента в связке СУ показали, что площадь РН может быть уменьшена с 2480 до 150 км2, т.е. в 16,5 раза по сравнению с размерами РН при спуске ОЭ без СУ.Calculations of the dispersion of the points of incidence of this element in a bunch of SU showed that the LV area can be reduced from 2480 to 150 km 2 , i.e. 16.5 times in comparison with the dimensions of the LV during the launch of the MA without SU.

В случае раскрытия СУ при числе M<3 и скоростном напоре q<1500 кгс/м2 (параметрах, при которых возможно использование современных парашютов), уменьшение площади РН составляет не более чем в 1.3-1.5 раза.In the case of the disclosure of SU with the number M <3 and high-speed head q <1500 kgf / m 2 (parameters for which the use of modern parachutes is possible), the reduction in the area of the launch vehicle is no more than 1.3-1.5 times.

Отклонение в ту или иную сторону размеров СУ, т.е. площади Sm, при неизменной точке крепления от рассчитанной по формуле (1) площади приводит к увеличению размеров РН.Deviation in one direction or another of the dimensions of the SU, i.e. area S m , at a constant attachment point from the area calculated by formula (1), leads to an increase in the size of the pH.

Существенное уменьшение размеров РН может быть получено для элементов ГО всех существующих и перспективных РН, а также для других отделяемых в процессе полета элементов конструкции РН (элементов корпусов, донных защит, обтекателей, отделяемых баков и т.д.). A significant reduction in the size of the LV can be obtained for the GO elements of all existing and prospective LV, as well as for other LV structural elements detached during the flight (hull elements, bottom shields, fairings, detachable tanks, etc.).

В самолетостроении изобретение целесообразно использовать для доставки, например, специального снаряжения, оборудования, контейнеров и т.д. в район с заданными координатами площади падения. В варианте сброса ОЭ с самолета на ОЭ воздействуют стабилизирующим моментом, соответствующим нулевой подъемной силе и минимуму аэродинамического сопротивления ОЭ на скорости полета самолета, соответствующей моменту времени отделения ОЭ. В этом случае СУ может быть выполнено в виде парашюта. Площадь миделя (купола) парашюта и координаты точки крепления фала к ОЭ должны быть соподчинены приведенной формуле. In aircraft construction, it is advisable to use the invention for the delivery of, for example, special equipment, equipment, containers, etc. to the area with the given coordinates of the fall area. In the variant of discharging the MA from the aircraft, the MA is affected by a stabilizing moment corresponding to zero lifting force and a minimum of aerodynamic drag of the MA at the aircraft flight speed corresponding to the time of separation of the MA. In this case, the SU can be made in the form of a parachute. The area of the midship (dome) of the parachute and the coordinates of the point of attachment of the halyard to the MA should be subordinate to the above formula.

Уменьшение РН отделяемых элементов позволяет существенно сократить материальные затраты на аренду отчуждаемых РН, в частности в странах СНГ. Reducing the pH of the separated elements can significantly reduce the material costs of renting disposable pH, in particular in the CIS countries.

Claims (2)

1. Способ спуска в атмосфере отделяемого от гиперзвукового летательного аппарата элемента, обладающего аэродинамическим качеством, заключающийся в стабилизации отделяемого элемента на угле атаки в плоскости симметрии при возведении аэродинамического потока, отличающийся тем, что стабилизацию отделяемого элемента осуществляют, воздействуя на него стабилизирующим моментом, равным по величине и обратным по знаку аэродинамическому моменту, действующему на отделяемый элемент на угле атаки, соответствующем нулевой аэродинамической подъемной силе и минимуму лобового аэродинамического сопротивления при гиперзвуковых скоростях полета. 1. The method of descent in the atmosphere of an aerodynamic-quality detachable element from a hypersonic aircraft, which consists in stabilizing the detachable element at the angle of attack in the plane of symmetry during the construction of the aerodynamic flow, characterized in that the detachable element is stabilized by acting on it with a stabilizing moment equal to the magnitude and inverse sign of the aerodynamic moment acting on the detachable element at the angle of attack corresponding to zero aerodynamic lift volume and minimum frontal aerodynamic drag at hypersonic flight speeds. 2. Устройство для спуска в атмосфере отделяемого от гиперзвукового летательного аппарата элемента, обладающего аэродинамическим качеством, содержащее стабилизирующее устройство, соединенное посредством гибкой связи с отделяемым элементом, отличающееся тем, что стабилизирующее устройство выполнено из теплостойкого материала в виде статистически устойчивого в аэродинамическом потоке жесткого баллистического тела, при этом гибкая связь из теплостойкого материала шарнирно закреплена в вершине стабилизирующего устройства, а площадь миделя стабилизирующего устройства определяют из соотношения
Figure 00000003

где Kx,y=(yo-yт)•cosα-(xo-xт)•sinα,
Sм площадь миделя стабилизирующего устройства;
Cха1 коэффициент лобового сопротивления стабилизирующего устройства, отнесенный к Sм;
α - угол атаки отделяемого элемента, соответствующий нулевой подъемной силе и минимуму сопротивления при гиперзвуковых скоростях полета;
S, L характерная площадь и длина отделяемого элемента;
mz коэффициент момента тангажа отделяемого элемента при угле атаки α отнесенной к S и L;
Сха коэффициент лобового сопротивления отделяемого элемента, отнесенный к S;
m - отношение массы стабилизирующего устройства к массе отделяемого элемента;
x0, y0 координаты точки крепления гибкой связи с отделяемым элементом, отнесенные к L;
xт, yт координаты центра масс отделяемого элемента, отнесенные к L.
2. A device for descent in the atmosphere of an aerodynamic-quality detachable element from a hypersonic aircraft apparatus, comprising a stabilizing device connected by a flexible connection to a detachable element, characterized in that the stabilizing device is made of heat-resistant material in the form of a rigid ballistic body statistically stable in the aerodynamic flow while a flexible connection of heat-resistant material is pivotally mounted at the top of the stabilizing device, and the area m Ideal stabilizing device is determined from the ratio
Figure 00000003

where K x, y = (y o -y t ) • cosα- (x o -x t ) • sinα,
S m the area of the midsection of the stabilizing device;
C x a 1 drag coefficient of the stabilizing device, referred to S m ;
α is the angle of attack of the detachable element, corresponding to zero lifting force and a minimum of resistance at hypersonic flight speeds;
S, L characteristic area and length of the element to be separated;
m z is the coefficient of the pitch moment of the detachable element at the angle of attack α referred to S and L;
C x a the drag coefficient of the separated element, referred to S;
m is the ratio of the mass of the stabilizing device to the mass of the separated element;
x 0 , y 0 coordinates of the attachment point of the flexible connection with the detachable element, referred to L;
x t , y t coordinates of the center of mass of the separated element, referred to L.
RU95110846/02A 1995-06-29 1995-06-29 Method of descent in atmosphere of member separated from hypersonic vehicle possessing aerodynamic efficiency and device for its realization RU2086903C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95110846/02A RU2086903C1 (en) 1995-06-29 1995-06-29 Method of descent in atmosphere of member separated from hypersonic vehicle possessing aerodynamic efficiency and device for its realization

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95110846/02A RU2086903C1 (en) 1995-06-29 1995-06-29 Method of descent in atmosphere of member separated from hypersonic vehicle possessing aerodynamic efficiency and device for its realization

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95110846A RU95110846A (en) 1997-04-10
RU2086903C1 true RU2086903C1 (en) 1997-08-10

Family

ID=20169367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95110846/02A RU2086903C1 (en) 1995-06-29 1995-06-29 Method of descent in atmosphere of member separated from hypersonic vehicle possessing aerodynamic efficiency and device for its realization

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2086903C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000049361A1 (en) * 1999-02-16 2000-08-24 Mashinostroitelnoe Konstruktorskoebjuro 'fakel' Method for the aeroballistic control of an aerodynamic aircraft
RU2464526C1 (en) * 2011-03-30 2012-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева Method of minimising estrangement zone for multistage carrier rocket jettisonable parts
RU2671015C1 (en) * 2017-11-27 2018-10-29 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Method of controlling the flight of a ballistic aircraft

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110455310A (en) * 2019-05-28 2019-11-15 中国空气动力研究与发展中心 The atmosphere parameter measurement method of hypersonic aircraft

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Разработка средств возвращения на Землю ступеней ракет-носителей (обзор). - Вопросы ракетной техники. - М.: Мир, N 10, 1964, с. 92 - 94. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000049361A1 (en) * 1999-02-16 2000-08-24 Mashinostroitelnoe Konstruktorskoebjuro 'fakel' Method for the aeroballistic control of an aerodynamic aircraft
RU2464526C1 (en) * 2011-03-30 2012-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева Method of minimising estrangement zone for multistage carrier rocket jettisonable parts
RU2671015C1 (en) * 2017-11-27 2018-10-29 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Method of controlling the flight of a ballistic aircraft

Also Published As

Publication number Publication date
RU95110846A (en) 1997-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8498756B1 (en) Movable ground based recovery system for reuseable space flight hardware
US4650139A (en) Aerospike for attachment to space vehicle system
RU2191145C2 (en) System of injection of payload into low-altitude near-earth orbit
US7967238B2 (en) Composite air vehicle having a heavier-than-air vehicle tethered to a lighter-than-air vehicle
US6913224B2 (en) Method and system for accelerating an object
EP0882647B1 (en) Extremely short takeoff and landing of aircraft using multi-axis thrust vectoring
US3390853A (en) Variable geometry re-entry vehicle
CN111174646A (en) Rocket fairing recovery system and method
RU2086903C1 (en) Method of descent in atmosphere of member separated from hypersonic vehicle possessing aerodynamic efficiency and device for its realization
US5531400A (en) Airborne vehicle
CN114323713A (en) Reusable flight test scattering platform system
US4790499A (en) Aerospike for attachment to space vehicle system
CN111959824B (en) Heavy reusable aerospace vehicle system with space-based emission
EP0579508A1 (en) Landing of aircraft
RU2213682C2 (en) Spacecraft for descent in atmosphere of planet and method of its descent (variants)
RU2083448C1 (en) Space vehicle for descent in atmosphere of planet and method of descent of space vehicle in atmosphere of planet
US3756546A (en) Aircrew escape system
CN106516079A (en) Assembly type aircraft based on micro electromechanical system
Sarigulklijn et al. A New Air Launch Concept: Vertical Air Launch Sled (VALS)
Finchenko et al. On the use of inflatable decelerators in the design of spacecraft intended for the study of Venus
RU2771550C1 (en) Method for returning the rocket stage to the earth and the rocket stage for implementing this method
EP3774547B1 (en) Center of gravity propulsion space launch vehicles
Knacke Technical-historical development of parachutes and their applications since World War I
Hoffman et al. Preliminary Design of the Cruise, Entry, Descent, and Landing Mechanical Subsystem for MSL
Puskas Ram air parachute design considerations and applications

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040630