RU2714554C2 - Устройство для торможения и защиты спускаемого летательного аппарата в атмосфере планеты Э.П. Цыганова - Google Patents
Устройство для торможения и защиты спускаемого летательного аппарата в атмосфере планеты Э.П. Цыганова Download PDFInfo
- Publication number
- RU2714554C2 RU2714554C2 RU2018111270A RU2018111270A RU2714554C2 RU 2714554 C2 RU2714554 C2 RU 2714554C2 RU 2018111270 A RU2018111270 A RU 2018111270A RU 2018111270 A RU2018111270 A RU 2018111270A RU 2714554 C2 RU2714554 C2 RU 2714554C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aircraft
- tubular
- substances
- atmosphere
- braking
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 abstract description 6
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 abstract description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 abstract 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 235000018821 Rhododendron arboreum Nutrition 0.000 description 1
- 244000218234 Rhododendron arboreum Species 0.000 description 1
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000010006 flight Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000010584 magnetic trap Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C23/00—Influencing air flow over aircraft surfaces, not otherwise provided for
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D33/00—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D33/00—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for
- B64D33/02—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of combustion air intakes
-
- 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
- B64G1/62—Systems for re-entry into the earth's atmosphere; Retarding or landing devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
- F15D1/00—Influencing flow of fluids
- F15D1/10—Influencing flow of fluids around bodies of solid material
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
Изобретение относится к аэрокосмической технике, а более конкретно к устройству для торможения в атмосфере. Устройство для торможения и защиты спускаемого летательного аппарата в атмосфере содержит экран в виде трубчато-решетчатой конструкции, каркас которой закреплен на фронтальной поверхности летательного аппарата. Передние части трубчатых элементов конструкции имеют на внутренней поверхности слой термостойкого покрытия способного сублимировать при взаимодействии с атмосферой. В состав термостойкого покрытия входят вещества, обладающие магнитными свойствами. Имеется возможность абсорбции магнитных веществ на магнитных уловителях. Достигается увеличение эффективности торможения. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при разработке и создании космических летательных аппаратов (ЛА), в частности устройств и систем для торможения и защиты спускаемых аппаратов в атмосфере планеты.
Возвращение летательного аппарата на Землю требует решения двух основных задач - погашения космической скорости и защиты летательного аппарата от перегрева.
Эти задачи решаются путем создания защитных экранов (прототип) в виде термозащитного покрытия лобовой поверхности летательного аппарата. Такие экраны имели летательные аппараты «Буран», «Шаттл», летательные аппараты в виде «фары» (Уманский С.П. Космонавтика сегодня и завтра. Изд-во «Просвещение», 1986, с. 54, 93-99).
Защитные экраны в виде термостойкого покрытия могут составлять до 30% массы летательного аппарата, при этом охлаждение спускаемого летательного аппарата происходит за счет его обтекания воздушным потоком, что, однако, не обеспечивает достаточную эффективность охлаждения.
При спуске летательного аппарата, перемещающегося по космической траектории с космической скоростью, требуется снизить космическую скорость до некоторой приемлемой величины, допускающей возможность планирования летательного аппарата и мягкой посадки спускаемого летательного аппарата на ВПП.
По известным причинам планирующий полет не возможен при больших скоростях летательных аппаратов и низкой плотности атмосферы.
Можно считать, что при современном уровне развития техники управляемый планирующий полет в нижних слоях атмосферы становится возможным при снижении скорости спускаемого летательного аппарата ориентировочно до 2000 м/с (7200 км/час). Именно до такой скорости необходимо снизить скорость летательного аппарата, чтобы стал возможным планирующий полет. Хотя отмечено, что управляемость летательным аппаратом уменьшается уже при скорости 4000 км/час (1111 м/с).
Следует отметить, что объяснение механизма торможения спускаемого летательного аппарата в газовой среде основывается преимущественно на данных практики, так как не все параметры взаимодействующих физических тел могут быть измерены и учтены при расчетах. Эффективность торможения спускаемого летательного аппарата в атмосфере зависит от результата обмена импульсами между веществом атмосферы и летательным аппаратом (лобового сопротивления, эффективности сублимации, аэродинамического качества летательного аппарата и др.).
Аналогами заявленного изобретения являются технические решения известные из:
RU 138400 U1, 10.03.2014 (спускаемый аппарат с трубчатой конструкцией перед головной частью), описание, фиг.1;
RU 2110449 C1, 10.05.1998 (способ торможения с изменением средней плотности среды перед парашютом), формула;
SU 1774228 A1, 07.11.1992 (способ для определения реактивного давления продуктов абляции), описание, фиг.1.
Взаимодействие вещества атмосферы с летательным аппаратом осуществляется по типу частично упругого ударного взаимодействия, при этом в результате обмена механическими импульсами между ними механический импульс летательного аппарата уменьшается, скорость летательного аппарата снижается, летательный аппарат тормозится. При расчетах не имеет значения, что считать покоящимся телом - вещество атмосферы или летательный аппарат.
RU 2110449 C1, 10.05.1998 (способ торможения с изменением средней плотности среды перед парашютом), формула;
SU 1774228 A1, 07.11.1992 (способ для определения реактивного давления продуктов абляции), описание, фиг.1.
Взаимодействие вещества атмосферы с летательным аппаратом осуществляется по типу частично упругого ударного взаимодействия, при этом в результате обмена механическими импульсами между ними механический импульс летательного аппарата уменьшается, скорость летательного аппарата снижается, летательный аппарат тормозится. При расчетах не имеет значения, что считать покоящимся телом - вещество атмосферы или летательный аппарат.
Спускаемый летательный аппарат при сходе с орбиты, где он перемещался с космической скоростью, например, 7778 м/с на высоте 400 км, при снижении до высоты 90-80 км практически не тормозится. На этом этапе спуска его траектория полета является баллистической, при этом его скорость под действием гравитации несколько увеличивается (см. фиг. 1).
Практически торможение летательного аппарата начинается с высоты 90-80 км. На графике (см. фиг. 2; сведения о плотности атмосферы взяты из книги В. Лей "Ракеты и полеты в космос". Изд-во МО, Москва, 1961, с. 398) показан градиент плотности атмосферы в зависимости от высоты. При торможении спускаемый летательный аппарат проходит сквозь слои атмосферы, имеющие разную плотность (фиг. 2).
Создав условия для более эффективного торможения уже на начальном этапе торможения, где плотность атмосферы еще не высокая, можно увеличить эффективность торможения.
Классифицируя происходящие при торможении спускаемого летательного аппарата процессы, отчасти их можно отнести к процессам, характеризующим рекуперативное торможение (импульс частиц, образующихся при сублимации, передается спускаемому летательному аппарату, уменьшая его механический импульс).
Устройство для торможения и защиты спускаемого летательного аппарата в атмосфере, являющееся экраном в виде трубчато-решетчатой конструкции, каркас которой закреплен на колпаке, закрывающим фронтальную поверхность летательного аппарата с возможностью отсоединения, отличающееся тем, что передние части трубчатых элементов конструкции имеют на внутренней поверхности слой термостойкого покрытия способного сублимировать при взаимодействии с атмосферой, при этом в составе термостойкого покрытия входят вещества, обладающие магнитными свойствами, и имеется возможность абсорбции магнитных веществ на магнитных уловителях.
Вещества, покрывающие трубчатые элементы конструкции изнутри, могут содержать вещества с выраженными магнитными свойствами, например, Fe, Ni, Со, Nd. Для покрытия внутренней поверхности трубчатых элементов конструкции могут использоваться термостойкие и сублимирующие вещества. Площадь поверхности трубчатых элементов и воздуховодов может многократно превышать фронтальную поверхность спускаемого летательного аппарата. Боковые стенки трубчато-решетчатой конструкции могут иметь шарнирно закрепленные створки, выступающие за плоскость фронтального сечения конструкции, регулирующие поступление вещества атмосферы в устройство. Может использоваться система охлаждения. Трубчатые элементы конструкции могут иметь форму цилиндров или конусообразную форму на входе и форму сопла Лаваля на выходе.
В изученной патентной и научной литературе предлагаемое техническое решение не описано.
Принципиальная схема предлагаемого устройства (системы торможения для спускаемого летательного аппарата) изображена на чертеже (фиг. 3).
Краткое описание чертежа
Предлагаемое устройство - трубчато-решетчатая конструкция - имеет решетчатый каркас (1), опирающийся на колпак (2), закрепленный на фронтальной (лобовой) части летательного аппарата (3), с возможностью разъединения. Трубчатые элементы (4) конструкции имеют на внутренней поверхности слой термостойкого покрытия. Все нагреваемые элементы конструкции связаны с системой охлаждения (5), основу которой составляют воздуховоды (6). Конструкция оборудована системой для посадки на ВПП (7).
Краткое описание работы устройства
При снижении спускаемого летательного аппарата на участке с низкой плотностью атмосферы (на высоте 110-70 км) вещество атмосферы, при взаимодействии с веществом термостойкого покрытия трубчатых элементов конструкции вызывает сублимацию вещества покрытия. Поскольку взаимодействие происходит по типу частично неупругого ударного взаимодействия, в результате обмена импульсами механический импульс спускаемого летательного аппарата уменьшается, летательный аппарат тормозится.
Сублимируемое вещество термостойкого покрытия смешивается с веществом атмосферы. Кроме того, "эффективная" масса атмосферы, будучи автономной по отношению к летательному аппарату, перемещаясь по воздуховодам, также обменивается своим механическим импульсом со спускаемым летательным аппаратом, уменьшая его механический импульс. В случае если в составе термостойкого покрытия имеются магнетики - вещества, обладающие магнитными свойствами - при сублимации они будут увеличивать массу, а при абсорбции на магнитных ловушках передадут свой импульс спускаемому летательному аппарату. Эффективный отвод тепла, образующегося в большом количестве за небольшой промежуток времени при сублимации термостойкого покрытия, происходит уже на начальном этапе торможения потоками протекающего через трубчатые элементы и воздуховоды воздуха, при этом площадь поверхности трубчатых элементов и воздуховодов может многократно превышать фронтальную (лобовую) поверхность спускаемого летательного аппарата.
Claims (8)
1. Устройство для торможения и защиты спускаемого летательного аппарата в атмосфере, являющееся экраном в виде трубчато-решетчатой конструкции, каркас которой закреплен на колпаке, закрывающим фронтальную поверхность летательного аппарата с возможностью отсоединения, отличающееся тем, что передние части трубчатых элементов конструкции имеют на внутренней поверхности слой термостойкого покрытия, способного сублимировать при взаимодействии с атмосферой, при этом в составе термостойкого покрытия входят вещества, обладающие магнитными свойствами, и имеется возможность абсорбции магнитных веществ на магнитных уловителях.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вещества, покрывающие трубчатые элементы конструкции изнутри, могут содержать вещества с выраженными магнитными свойствами, например, Fe, Ni, Со, Nd.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что для покрытия внутренней поверхности трубчатых элементов конструкции используются термостойкие и сублимирующие вещества.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что площадь поверхности трубчатых элементов и воздуховодов может многократно превышать фронтальную поверхность спускаемого летательного аппарата.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что боковые стенки трубчато-решетчатой конструкции могут иметь шарнирно закрепленные створки, выступающие за плоскость
фронтального сечения конструкции, регулирующие поступление вещества атмосферы в устройство.
6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что используется система охлаждения.
7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что трубчатые элементы конструкции имеют форму цилиндров или конусообразную форму на входе и форму сопла Лаваля на выходе.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018111270A RU2714554C2 (ru) | 2018-03-29 | 2018-03-29 | Устройство для торможения и защиты спускаемого летательного аппарата в атмосфере планеты Э.П. Цыганова |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018111270A RU2714554C2 (ru) | 2018-03-29 | 2018-03-29 | Устройство для торможения и защиты спускаемого летательного аппарата в атмосфере планеты Э.П. Цыганова |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2018111270A RU2018111270A (ru) | 2018-07-25 |
| RU2018111270A3 RU2018111270A3 (ru) | 2018-12-27 |
| RU2714554C2 true RU2714554C2 (ru) | 2020-02-18 |
Family
ID=62981385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018111270A RU2714554C2 (ru) | 2018-03-29 | 2018-03-29 | Устройство для торможения и защиты спускаемого летательного аппарата в атмосфере планеты Э.П. Цыганова |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2714554C2 (ru) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2732644C2 (ru) * | 2018-08-10 | 2020-09-21 | Игорь Михайлович Рулев | Способ управляемого спуска космического аппарата с околоземной орбиты на участке гиперзвуковых скоростей |
| CN114104339B (zh) * | 2021-08-18 | 2022-05-20 | 北京空间飞行器总体设计部 | 基于降落伞落点离线分析的火星着陆器降落伞规避方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1774228C (ru) * | 1989-10-25 | 1992-11-07 | Научно-производственное объединение "Композит" | Способ определени реактивного давлени продуктов разрушени материалов в процессе высокотемпературного нагрева и устройство дл его осуществлени |
| RU2110449C1 (ru) * | 1996-02-06 | 1998-05-10 | Борис Петрович Таланов | Способ аварийного торможения скоростного летательного аппарата |
| US6555211B2 (en) * | 2001-01-10 | 2003-04-29 | Albany International Techniweave, Inc. | Carbon composites with silicon based resin to inhibit oxidation |
| RU138400U1 (ru) * | 2013-10-02 | 2014-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НИИЦ "МАИ-ЛАСТАР" | Спускаемый аппарат |
-
2018
- 2018-03-29 RU RU2018111270A patent/RU2714554C2/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1774228C (ru) * | 1989-10-25 | 1992-11-07 | Научно-производственное объединение "Композит" | Способ определени реактивного давлени продуктов разрушени материалов в процессе высокотемпературного нагрева и устройство дл его осуществлени |
| RU2110449C1 (ru) * | 1996-02-06 | 1998-05-10 | Борис Петрович Таланов | Способ аварийного торможения скоростного летательного аппарата |
| US6555211B2 (en) * | 2001-01-10 | 2003-04-29 | Albany International Techniweave, Inc. | Carbon composites with silicon based resin to inhibit oxidation |
| RU138400U1 (ru) * | 2013-10-02 | 2014-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "НИИЦ "МАИ-ЛАСТАР" | Спускаемый аппарат |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2018111270A3 (ru) | 2018-12-27 |
| RU2018111270A (ru) | 2018-07-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2516923C2 (ru) | Устройство кормовой части корпуса космического летательного аппарата | |
| Petrescu et al. | History of aviation-a short review | |
| RU2714554C2 (ru) | Устройство для торможения и защиты спускаемого летательного аппарата в атмосфере планеты Э.П. Цыганова | |
| US20170021917A1 (en) | Aerodynamically oriented thermal protection system of hypersonic vehicles | |
| CN110525680A (zh) | 一种适用于复杂高超声速飞行器机理研究模型简化设计方法 | |
| JP6882880B2 (ja) | プラズマを使用した衝撃の緩和 | |
| EP0579508B1 (en) | Landing of aircraft | |
| US2714999A (en) | Jet propelled bombing aircraft | |
| Figat et al. | Modular Aeroplane System. A concept and initial investigation | |
| Campbell | Patterns in the sky: natural visualization of aircraft flow fields | |
| Scharnhorst | An overview of military aircraft supersonic inlet aerodynamics | |
| RU98107154A (ru) | Способ создания системы сил летательного аппарата самолетной схемы и наземно- воздушная амфибия (нва) для его осуществления | |
| RU2482031C2 (ru) | Устройство уменьшения аэродинамического сопротивления | |
| US3113750A (en) | Method of providing deceleration and lift for re-entry body | |
| Sarigul-Klijn et al. | Selection of a carrier aircraft and a launch method for air launching space vehicles | |
| US4236684A (en) | Thrust augmented spin recovery device | |
| Kumar et al. | CFD analysis of transonic flow over the nose cone of aerial vehicle | |
| Lopera et al. | Forebody geometry effects on the flow of a blunt-nose projectile at high alpha | |
| Bardera-Mora et al. | Aerodynamic Flow Field above the Flight Deck of an Aircraft Carrier and its Influence on the Take-Off Performances | |
| RU2732644C2 (ru) | Способ управляемого спуска космического аппарата с околоземной орбиты на участке гиперзвуковых скоростей | |
| Nonaka et al. | Aerodynamics of vertical landing rocket vehicle in landing phase | |
| Knacke | Technical-historical development of parachutes and their applications since World War I | |
| RU2359877C2 (ru) | Способ для поддержки при посадке и/или взлете летательного аппарата, содержащего двигатель | |
| JP2008110678A (ja) | 飛翔体の流体抵抗を利用した減速方法とその機能を備えた高速移動体 | |
| BANKS et al. | Approach and landing aerodynamic technologies for advanced STOL fighter configurations |