RU2621771C2 - Способ спуска отделяющейся части ступени ракеты космического назначения и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ спуска отделяющейся части ступени ракеты космического назначения и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2621771C2 RU2621771C2 RU2015139246A RU2015139246A RU2621771C2 RU 2621771 C2 RU2621771 C2 RU 2621771C2 RU 2015139246 A RU2015139246 A RU 2015139246A RU 2015139246 A RU2015139246 A RU 2015139246A RU 2621771 C2 RU2621771 C2 RU 2621771C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- gasification
- nozzles
- boundary layer
- products
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
- B64G1/26—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using jets
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к ракетно-космической технике. Способ спуска отработанной части (ОЧ) ступени РКН на жидких компонентах ракетного топлива в заданный район падения основан на стабилизации и ориентации ОЧ за счет энергетики невыработанных остатков жидких компонентов ракетного топлива на основе их газификации и подачи в сопла сброса газореактивной системы. Продукты газификации используют для их ввода в погранслой. Координаты точки, направление ввода и массовый секундный расход продуктов газификации через систему ввода в погранслой определяют из условия формирования максимального суммарного управляющего воздействия, реализуемого управляющими соплами газореактивной системы и соплами системы ввода газа в погранслой ОЧ. В устройстве для осуществления способа в отделяющуюся часть ступени введены сопла газореактивной системы и сопла ввода продуктов газификации в погранслой для каждого бака, соединенные магистралями с регулируемыми клапанами. Техническим результатом группы изобретений является повышение эффективности при спуске ОЧ ступени РКН. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретения относятся к ракетно-космической технике, в частности к ракетам космического назначения (РКН) на жидких компонентах ракетного топлива (КРТ), а именно к отделяющимся частям (ОЧ) ступеней РКН при их движении по траектории спуска, включающим в свой состав внеатмосферный и атмосферный участки.
Известно техническое решение по способу управления полетом ЛА на атмосферном участке траектории по патенту РФ №2383469 В64С 21/04, где используют отбор газа от источника газа и последующий подвод отобранного газа к проницаемым пористым вставкам на поверхностях ЛА с температурой, отличной от температуры набегающего воздушного потока. Однако использование этого решения возможно только на атмосферном участке траектории полета ЛА с достаточно большой плотностью набегающего воздушного потока. При управлении ОЧ на траектории спуска, которая может находиться вне атмосферы или в слоях атмосферы с малой плотностью, этот способ не эффективен.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является патент РФ №2414391 B64G 1/26, В64С 15/14 «Способ спуска отделяющейся части ступени РКН и устройство для его осуществления», в котором спуск ОЧ ступени РКН на жидких КРТ в заданный район падения основан на стабилизации ОЧ положением двигательной установкой вперед, ориентации и управляемом движении ОЧ, после отделения ОЧ маневр спуска в заданный район падения осуществляют за счет энергетики, заключенной в невыработанных остатках КРТ на основе их газификации и подачи в газовую ракетную двигательную установку (ГзРДУ), а управление движением центра масс и вокруг центра масс ОЧ осуществляют отклонениями камер ГзРДУ, установленных в одностепенные приводы.
К недостаткам этого технического решения относится использование принципа реактивного движения для управления ОЧ - создание управляющего момента за счет отброса массы газа из сопла камеры ГзРДУ. Как известно, тяга реактивного сопла на атмосферном участке зависит от давления внешней среды, а с другой стороны, возможно дополнительное использование, например, продуктов газификации невыработанных остатков КРТ для изменения аэродинамических характеристик ОЧ путем подачи газа в погранслой (ПС) для формирования управляющих воздействий.
Целью предлагаемого технического решения является повышение эффективности способа спуска ОЧ, которое достигается тем, что в известном способе спуска ОЧ ступени РКН на жидких КРТ в заданный район падения, основанном на стабилизации и ориентации ОЧ за счет энергетики, заключенной в невыработанных остатках жидких КРТ на основе их газификации и подачи в ГзРДУ, дополнительно продукты газификации используют для их ввода в ПС, координаты точки, направление ввода и массовый секундный расход продуктов газификации через систему ввода в ПС определяют из условия формирования максимального суммарного управляющего воздействия:
при условии:
где:
Мгрс - реактивный управляющий момент, например, в канале тангажа, реализуемый камерами ГзРДУ, определяемый по формуле:
хгрс, хцм - координаты точек приложения тяги камеры ГзРДУ (камера установлена перпендикулярно продольной оси ОЧ) и центра масс ОЧ на продольной оси ОЧ,
Мсвг - аэродинамический управляющий момент, например, в канале тангажа, реализуемый за счет сопел вдува продуктов газификации (СВГ) в ПС на поверхность ОЧ, определяемый по формуле:
mz, S, V∞, ρ, L - коэффициент аэродинамического момента, площадь миделева сечения, скорость движения ОЧ и плотность атмосферы и длина корпуса ОЧ соответственно,
Прототипом устройства для реализации предлагаемого технического решения является устройство по патенту РФ №2414391, включающее в свой состав систему управления и навигации, систему газификации, на верхнем днище топливного отсека установлены четыре камеры, каждая из которых оснащена приводом, а система газификации имеет автономный газогенератор с мембранной системой подачи компонентов топлива, возбудители акустических колебаний, размещенные на штуцерах ввода теплоносителя в топливные баки.
К недостаткам этого технического решения относится использование ГзРД для управления ориентацией и стабилизацией ОЧ, что увеличивает массу исполнительных органов системы управления ОЧ (приводы), кроме того, возникают проблемы компоновки внутри конструкции ОЧ при развороте камер на большие углы (до 90°) для формирования максимального управляющего момента.
Целями предлагаемого технического решения являются снижение массы исполнительных органов системы ориентации и стабилизации и повышение эффективности управляющих органов ОЧ при управлении ориентацией и стабилизацией ОЧ соответственно, повышение точности падения ОЧ, расширения возможности по смещению точек падения ОЧ.
Поставленная цель достигается за счет того, что в известном устройстве дополнительно вводят сопла газореактивной системы (ГРС) и сопла ввода продуктов газификации в ПС для каждого бака, соединенные магистралями с регулируемыми клапанами.
Предлагаемый способ и устройство поясняется фиг. 1-2 на примере управления в канале тангажа.
Фиг. 1 - установка сопел ГРС, СВГ на ОЧ ступени.
На фиг. 2 показано изменение управляющих моментов Мгрс (3) и Маэр (4) в зависимости от плотности (высоты) полета и скорости набегающего потока атмосферного воздуха.
Реализация способа
При движении по траектории спуска управляемые ЛА традиционно используют для ориентации и стабилизации сопла ГРС. В соответствии с [1] (кн. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. В 2 кн. Кн. 1 Учеб. для авиац. спец. вузов / А.П. Васильев, В.М. Кудрявцев и др. - 4-е изд., переаб. и доп. - М.: Высш. шк., 1993 - 383 с.,), стр. 77, формула (3.10) расчет реактивной тяги при осуществлении сброса газа через сопло в окружающую среду осуществляется по формуле:
Как следует из этой формулы, имеется «высотная» добавка:
При движении в атмосфере Земли при различных углах атаки может реализоваться ситуация, когда давление окружающей среды:
где:
pст, pдин, - статическая и динамическая составляющие давления,
ρ, V∞ - плотность и скорость набегающего потока, g=9,8l м/c2,
рст - определяется количеством молекул в воздухе,
существенно изменяется за счет динамической составляющей.
Для рассматриваемого случая давление продуктов газификации в топливных баках ОЧ не превышает максимально допустимого из условий прочности (порядка 4-5 атм), соответственно, давление в камере сгорания (сопле сброса) не будет превышать этих величин.
Реализация способа и устройства поясняется на фиг. 1, 2.
На фиг. 1 приведена отделяющаяся часть с расположением сопел ГРС и СВГ со сбросом продуктов газификации из баков горючего и окислителя. После отделения ОЧ 1 от РКН остатки КРТ 2, 3 в топливных баках горючего 4 и окислителя 5 находятся в виде газожидкостной смеси в неопределенном положении. Газогенераторы 6, 7 подают горячие газы в баки горючего 4 и окислителя 5. После достижения заданного давления в каждом баке прорываются пиромембраны 8, 9 для подачи продуктов газификации из каждого бака в соответствующие сопла ГРС для каждого бака. В состав продуктов газификации из каждого бака входят испарившийся КРТ, газ наддува и соответствующий теплоноситель. Для формирования управляющего воздействия с использованием продуктов из бака горючего используют сопла ГРС 10, 11, а из бака окислителя 5 используются сопла ГРС 12, 13, а также сопла СВГ для канала тангажа 14, 15 из бака горючего 4, соответственно, из бака окислителя 16, 17. Регулирование расходов продуктов газификации, подаваемых из каждого бака 4, 5 между соплами ГРС 10-13 и соплами СВГ 14-17 осуществляется с помощью регулируемых клапанов 18-21 для бака горючего и 22-25 для бака окислителя.
На фиг. 2 показаны изменения Мгрс и Мсвг (3), (4) при изменении угла атаки. Расчеты величин динамического давления рдин (необходимого для расчета Мгрс по формулам (7), (3)) и момента Мсвг получены с использованием программного комплекса ANSYS-FLUENT.
Использование предлагаемых технических решений позволяет повысить эффективность способа спуска ОЧ с траекторий выведения за счет более эффективного использования продуктов газификации при формировании управляющих воздействий. Это увеличение достигается за счет использования изменения параметров погранслоя при введении в него продуктов газификации.
Claims (15)
1. Способ спуска отработанной части ступени ракеты космического назначения на жидких компонентах ракетного топлива в заданный район падения, основанный на стабилизации и ориентации отделяющейся части за счет энергетики, заключенной в невыработанных остатках жидких компонентов ракетного топлива на основе их газификации и подачи в сопла сброса газореактивной системы, отличающийся тем, что продукты газификации используют для их ввода в погранслой, координаты точки, направление ввода и массовый секундный расход продуктов газификации через систему ввода в погранслой определяют из условия формирования максимального суммарного управляющего воздействия:
при условии:
где:
Мгрс - реактивный управляющий момент, например, в канале тангажа, реализуемый газореактивной системой, определяемый по формуле:
хгрс, хцм - координаты точек приложения тяги газореактивной системы и центра масс отработанной части,
Мсвг - аэродинамический управляющий момент, например, в канале тангажа, реализуемый за счет вдува продуктов газификации в погранслой на поверхность отделяющейся части, определяемый по формуле:
mz, S, V∞, ρ, L - коэффициент аэродинамического момента, площадь миделева сечения, скорость движения отделяющейся части и плотность атмосферы и длина корпуса отделяющейся части соответственно,
2. Отделяющаяся часть ступени, содержащая систему управления и навигации, систему газификации, систему газификации с автономным газогенератором с мембранной системой подачи компонентов топлива, возбудители акустических колебаний, размещенные на штуцерах ввода теплоносителя в топливные баки, отличающаяся тем, что дополнительно введены сопла газореактивной системы и сопла ввода продуктов газификации в погранслой для каждого бака, соединенные магистралями с регулируемыми клапанами.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015139246A RU2621771C2 (ru) | 2015-09-15 | 2015-09-15 | Способ спуска отделяющейся части ступени ракеты космического назначения и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015139246A RU2621771C2 (ru) | 2015-09-15 | 2015-09-15 | Способ спуска отделяющейся части ступени ракеты космического назначения и устройство для его осуществления |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015139246A RU2015139246A (ru) | 2017-03-23 |
RU2621771C2 true RU2621771C2 (ru) | 2017-06-07 |
Family
ID=58454760
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015139246A RU2621771C2 (ru) | 2015-09-15 | 2015-09-15 | Способ спуска отделяющейся части ступени ракеты космического назначения и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2621771C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2726214C1 (ru) * | 2019-11-19 | 2020-07-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) | Способ спуска отделяющейся части ступени ракеты-носителя и устройство для его осуществления |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3276722A (en) * | 1964-02-04 | 1966-10-04 | Jr Alfred J Eggers | Flight craft |
RU2282563C2 (ru) * | 2004-08-27 | 2006-08-27 | Владимир Михайлович Низовцев | Способ изменения аэродинамических характеристик дозвукового летательного аппарата и устройство для его осуществления |
RU2414391C1 (ru) * | 2009-06-22 | 2011-03-20 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Способ спуска отделяющейся части ступени ракеты космического назначения и устройство для его осуществления |
RU2475429C1 (ru) * | 2011-07-04 | 2013-02-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Образования И Науки Российской Федерации | Способ спуска отделяющейся части ступени ракеты космического назначения |
-
2015
- 2015-09-15 RU RU2015139246A patent/RU2621771C2/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3276722A (en) * | 1964-02-04 | 1966-10-04 | Jr Alfred J Eggers | Flight craft |
RU2282563C2 (ru) * | 2004-08-27 | 2006-08-27 | Владимир Михайлович Низовцев | Способ изменения аэродинамических характеристик дозвукового летательного аппарата и устройство для его осуществления |
RU2414391C1 (ru) * | 2009-06-22 | 2011-03-20 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | Способ спуска отделяющейся части ступени ракеты космического назначения и устройство для его осуществления |
RU2475429C1 (ru) * | 2011-07-04 | 2013-02-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Образования И Науки Российской Федерации | Способ спуска отделяющейся части ступени ракеты космического назначения |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2726214C1 (ru) * | 2019-11-19 | 2020-07-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) | Способ спуска отделяющейся части ступени ракеты-носителя и устройство для его осуществления |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015139246A (ru) | 2017-03-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6786040B2 (en) | Ejector based engines | |
US9249758B2 (en) | Propulsion assembly and method | |
RU2414391C1 (ru) | Способ спуска отделяющейся части ступени ракеты космического назначения и устройство для его осуществления | |
Mehta et al. | Water injection pre-compressor cooling assist space access | |
RU2435054C2 (ru) | Выпускной коллектор для рабочих газов в летательном аппарате, способ работы выпускного коллектора и газотурбинный двигатель | |
Tomioka et al. | System Analysis of a Hydrocarbon-fueled RBCC engine applied to a TSTO Launch Vehicle | |
Ueda et al. | R&D on Hydrocarbon-fueled RBCC Engines for a TSTO Launch Vehicle | |
RU2581894C1 (ru) | Способ спуска отделяющейся части ступени ракеты космического назначения и устройство для его реализации | |
RU2609539C1 (ru) | Ракета-носитель, возвращаемая ступень ракеты-носителя и способ ее запуска при возвращении и система вертолетного подхвата возвращаемой ступени | |
RU2621771C2 (ru) | Способ спуска отделяющейся части ступени ракеты космического назначения и устройство для его осуществления | |
RU2562826C1 (ru) | Способ повышения эффективности ракеты космического назначения с маршевым жрд | |
RU2742515C1 (ru) | Комбинированная силовая установка многоразовой первой ступени ракеты-носителя | |
RU2410291C1 (ru) | Сверхзвуковая ракета с двигателем на порошкообразном металлическом горючем | |
RU2602656C1 (ru) | Возвращаемая ступень ракеты-носителя, способ ее работы и газотурбинный двигатель | |
RU2603305C1 (ru) | Возвращаемая ступень ракеты-носителя | |
Siebenhaar et al. | The role of the strutjet engine in new global and space markets | |
RU2380651C1 (ru) | Многоступенчатая зенитная ракета | |
RU2710841C1 (ru) | Многоразовый ракетоноситель криштопа (мрк), гибридная силовая установка (гсу) для мрк и способ функционирования мрк с гсу (варианты) | |
Laruelle et al. | Air Intakes: role, constraints and design | |
RU2579409C1 (ru) | Способ поражения надводных и наземных целей гиперзвуковой крылатой ракетой и устройство для его осуществления | |
Hussain et al. | Design and analysis of rocket assisted take-off high-speed UAV | |
RU2726214C1 (ru) | Способ спуска отделяющейся части ступени ракеты-носителя и устройство для его осуществления | |
RU2378158C1 (ru) | Гиперзвуковой самолет и ракетная двигательная установка самолета | |
RU2609549C1 (ru) | Возвращаемая ступень ракеты-носителя и способ ее работы | |
RU2609547C1 (ru) | Возвращаемая ступень ракеты-носителя и способ ее работы |