ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВОПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ»
Кафедра «Теплофизические приборы и аппараты»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «САПР ЭНЕРГОСИСТЕМ»
Оптимизация ступеней ЛА
для студентов специальности 160304
«Авиационная и ракетно-космическая теплотехника»
Москва, 2011
1.Цель и задачи выполняемых работ
Достаточно большой класс энергетических систем предназначен для использования в составе летательных аппаратов и при их проектировании актуальной является задача оптимизации параметров ЭУ и ступеней ЛА, определения аэродинамических и энергетических характеристик и т.д.
В работе предлагается реализовать достаточно простые методики расчетов для подсистемы оптимизации массовых характеристик ЛА и сформировать зависимости параметров движения и массовых характеристик ЛА. .что позволяют понять физическую суть происходящих процессов, взаимосвязей проектных параметров, параметров рабочих процессов при минимальных затратах ресурсов.
Выполнить оптимизацию конструкции трехступенчатой ЛА с заданными параметрами топлива для каждой ступени и с заданной начальной массой и массой полезной нагрузки. Оптимизацию выполнить по max дальности полета. Влиянием сил тяготения и аэродинамических сил пренебречь. Найти массу каждой ступени.
Методика расчета.
Оценим дальность полета по конечной скорости. Условие L → max соответствует условию Vк → max, Θ = 45˚.
Для каждой ступени найдем приращение скорости по формуле Циолковского:
,
,
.
.
Рассчитывать массу конструкции будем через объем КС ступени. α – это объем, занятый конструктивными элементами в общем объеме КС.
,
,
где 
– средняя плотность заряжания ступени.
Таким образом, можно посчитать
:
.
Уравнения выписываем для всех трех
ступеней, формируем из них таблицу
расчета. Запускаем программу оптимизации
с ограничением
.
Для выполнения расчетов формируем таблицу Excel следующего вида (табл.1), в которой расчетные выражения представлены на табл.2.
Для удобства работы с таблицей используется заливка ячеек цветом в соответствии с их назначением(табл.2):
Зеленый цвет – изменяемые параметры при оптимизации;
Желтый цвет – ячейки с фиксированными значениями параметров;
Фиолетовый цвет – ячейка целевой функцией.
Запускаем программу оптимизации с
ограничением
,
.
Сформируем зависимости для дальности
полета (конечная скорость) от свойств
используемых материалов и топлив
Расчет выполняем расчеты оптимального варианта для каждой плотности топлива 1 ступени из следующего списка: 1200,1300,1400,1500,1600 кг/м3 . Каждый вариант расчета сводим посредством специальной вставки в результирующую таблицу, вид которой представлен в табл.3.
Расчет выполняем расчеты оптимального варианта для каждой плотность конструкционного материла из следующего списка: 2500,3000,3500,4000,4500 кг/м3. Каждый вариант расчета сводим посредством специальной вставки в результирующую таблицу, вид которой представлен в табл.4.
По данным таблиц 3 и 4 формируются графические зависимости для скорости ЛА в точке бросания и массы топлива на отдельных ступенях при оптимальном распределении массы топлива по отдельным ступеням ЛА для различных значениях плотности топлива 1 ступени и плотности конструкционных материалов 1 ступени ЛА. На рис.1-4 представлены полученные завимсимости.
В таблице 5 представлены варианты выполняемых студентом расчетов с соответсвии с порядковым номером с списке студенческой групп.
Данные расчетов представляются в форме таблиц и графических зависимостей.т