книги из ГПНТБ / Дракин, И. И. Основы проектирования беспилотных летательных аппаратов с учетом экономической эффективности

130

Продолжение табл. 3. 1

Удельный вес горизонтального оперения с осью крепления при­ нимаем равным удельному весу крыла gr. о = &кр, тогда относи­ тельный вес горизонтальных несущих поверхностей будет

Дальнейшие вычисления для определения /+]т при р = 400 кгс/м2 приведены в табл. 3.2. Полученное значение plm =390 кгс/м2 на

Следует заметить, что в полученном значении р*пт не учиты­

ваются эксплуатационные затраты, которыми в основном явля­ ются затраты на носитель. Однако авиационный УРС проекти­ руется обычно под готовый носитель, затраты на эксплуатацию которого почти не зависят ни от веса подвешиваемых УРС, ни от их стоимости. Например, стоимость топлива на провоз УРС на самолете на расстояние 1500 км составляет менее 2% стои­ мости УРС. В случае стохастических задач, когда варьируется количество БЛА учет эксплуатационных затрат необходим.

131

Т а б л и ц а 3.2

Здесь %с соответствует стреловидности по максимальной тол­ щине крыла; полагаем ее на 50% хорды.

По рис. 4. 12,6 работы [33] находим

л= -^ -= 1 ,6 5 .

Ас2

132

В связи с почти постоянными высотой и скоростью полета, при­ нимаем яр = 1. По формуле (3.50), учитывая значения среднего скоростного напора и времени полета

w . = — 1,65 •2230 ■500 = 14700.

с250

В случае весового критерия (ув =1,1)

~сІпт=0,0277.

Как видим, при весовом критерии относительная толщина про­ филя крыла получается на 36% меньше.

3. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ КОРПУСА

Основными параметрами корпуса являются: удлинение всего корпуса Аф и удлинение носовой части Ан. Так как удлинение корпуса тесно связано с диаметром корпуса, то можно оптими­ зировать диаметр корпуса d. В данном разделе будут выведены расчетные формулы для оптимизации диаметра корпуса при за­ данном его объеме.

Аэродинамические и весовые характеристики корпуса в зна­ чительной степени зависят от двигательной установки, если она или ее элементы расположены в корпусе. Мы будем рассматри­ вать только ракетные двигательные установки. Воздушно-реак­ тивные двигатели обычно являются определяющими для диамет­ ра корпуса. Точнее, емкости, необходимые для полезной нагруз­ ки и топлива, пристраиваются или встраиваются в ВРД.

Вес корпуса с ракетным двигателем можно разбить на две части: вес части корпуса, в которой располагается целевая на­ грузка, оборудование системы управления, двигательной уста­ новки, источников питания и вес емкостей топлива (баков Ж РД, камера сгорания РДТТ). Если g 0f,— средний удельный вес кон­ струкции части корпуса, содержащей оборудование, а ge — удельный вес конструкции емкостей топлива, то полный вес кор­ пуса

днища емкостей.

Полагаем, что в носовой части корпуса находится оборудова­ ние. Форму образующей принимаем параболической. Остальную

133

часть корпуса считаем цилиндрической. В этом случае для круг­ лой по сечению носовой части боковая поверхность

S H= — ad2l n.

3

Следовательно,

где Хоб— удлинение цилиндрической части корпуса, содержащей оборудование.

Аналогичным образом объем размещаемого в корпусе обо­ рудования с учетом объема баков с эллиптическими днищами, выходящими за прямой обрез баков, будет

где первый член правой части соответствует объему оборудова­ ния, размещаемого в носовой части с параболической образую­ щей, здесь y\w — относительный коэффициент заполнения объе­ ма носовой части по сравнению с цилиндрической.

Для емкостей топлива (баков, РДТТ) с эллиптическими дни­ щами с малой полуосью, направленной вдоль оси бака и равной половине большой, поверхность

где «дн— количество днищ: для одного бака пдн = 2,.при двух раздельных баках ядн = 4, если одно днище (перегородка) общее

3.

РДТТ с соплом полагаем эквивалентным по весу баку с дву­ мя днищами. Хотя поверхность сопла меньше поверхности цилин­ дрической обечайки, приближенно можно принять вес сопла, равным весу цилиндрической обечайки на длине сопла. Дейст­ вительно, толщина стенок сопла больше толщины стенок обечай­ ки в особенности в области критического сечения. Кроме того, вес сопла увеличивается за счет его крепления к двигателю и более значительной теплоизоляции.

Объем емкостей топлива с эллиптическими днищами

(3-62)

здесь Пъ — количество баков, Кб — удлинение всех топливных ба­ ков (принимая за их длину цилиндрическую часть).

134

Определяем 70б и 7б из выражений (3.60) и (3.62) и подставля­ ем в выражение для рф

Заметим, что удельный вес оболочки бака или РДТТ g б может зависеть от ее диаметра. В случае баков «высокого» давления

Ркй

2°п/У\:

где f — коэффициент безопасности; ав — временное сопротивле­ ние для материала бака; ум — плотность материала бака в кгс/м3;

&ВН — коэффициент, учитывающий вес внутренних устройств: си­ стемы забора топлива, теплоизоляции, воспламенителя и др.

Значения рк и ов в приведенной формуле должны быть в оди­ наковых мерах, например, в кгс/см2.

Представим удельный вес баков высокого давления в форме

135

Исходя из формул (3.60) и (3.62), общий объем размещаемого в корпусе оборудования и баков

136

Общая боковая поверхность корпуса [с использованием фор­ мулы (3.59)]

Следовательно, коэффициент аэродинамического трения

Общий коэффициент аэродинамического сопротивления

где схн— волновое сопротивление носовой части; схдн — донное сопротивление; схіф — индуктивное сопротивление корпуса.

Из составляющих величину сХф, при заданном значении Ä,„, только сх Тр зависит от величины Хф, поэтому

3.1.Оптимизация диаметра корпуса

Как показано в разд. 3. 2, удлинение носовой части корпуса можно определять независимо от удлинения корпуса. Нередко удлинение носовой части корпуса ограничивается из тех или иных соображений (обычно из условия допустимого искажения радио­ сигналов или тепловых излучений). Поэтому при оптимизации

137

диаметра корпуса исходим из заданного удлинения носовой 'части.

Уравнение оптимизации (3. 11) для случая ^H = const, с учетом выражения (3.67) и (3.73), при баках низкого давления приво­ дит к выражению

(3- 74)

При баках высокого давления или РДТТ, с использованием выражений (3.68) и (3.73), уравнение (3.11) приводится при Яц = const к виду

Это уравнение можно решать графически или методом последо­ вательных приближений.

Учитывая, что первый член левой части небольшой по сравне­ нию со вторым членом, величину d удобно определять, разрешая уравнение относительно d3 и извлекая затем кубический корень. Тогда при емкостях высокого давления (в. д)

Задаваясь в правой части ориентировочным значением d па статистике аналогичных ЛА, находят первое приближение ^”;,дт-

Второе приближение обычно приводит к окончательному резуль­ тату. Удлинение всего корпуса Яф определяется по формуле (3.69). Входящая в выражения (3.74) и (3.75) величина у оп­ ределяется для одноступенчатого ЛА по формулам (3.4), (3.5), (3.6), или по формулам (3.4), (3.5) и (3.8), в случае двухсту­ пенчатого ЛА. При весовом критерии величина ув определяется: по формуле (3. 10).

Объем оборудования U7o6, входящий в формулу (3. 75) так­ же как и формулу (3.74), определяется по фактической компо­ новке оборудования. Если оптимизация проводится до предвари­ тельной компоновки, то Wоб определяется по формуле:

138

где Goa — вес оборудования, размещаемого в корпусе: системы управления, целевой нагрузки, источников электрической, пнев­ матической и гидравлической энергии, системы подачи топлива (ТНА, газовые баллоны, редукторы, вспомогательное топливо и др.), камеры сгорания Ж РД . Вес оборудования определяется по весовому расчету опорного (исходного) варианта.

Объем всего корпуса

где WQ — объем баков или топливного отсека, который можно определить по весу топлива

YT.O

Удельные веса отсека оборудования уоб и топливного отсека У т.о определяются по статистике аналогичных БЛА. При опреде­ лении ут.о следует учитывать неполное заполнение емкостей топ­ ливом и объем, занимаемый соплами РДТТ.

Значения объемного веса радиоэлектронной аппаратуры, с учетом коэффициента заполнения отсека, согласно Р. Г. Вар­ ламову [9],

Ѵрэ.а — 500 кгс/м3 —800 кгс/м3.

Объемный вес боевых частей зависит от типа боевой части и коэффициента заполнения ею отсека корпуса. Учитывая, что удельный вес составляющих элементов обычной боевой части

общий объемный вес боевой части по сравнению с радиоэлек­ тронной аппаратурой будет в несколько раз больше.

Объемные веса Ж РД, а также топливной аппаратуры мень­ ше объемных весов радиоэлектронной аппаратуры.

Формулы (3.74) и (3.75) базируются на неизменности по­ требного объема емкостей топлива и, следовательно, неизменно­ сти объема корпуса, который определяется на основе расчетов опорного варианта. Если в процессе расчета выявится значитель­ ное отличие полученного значения диаметра или удлинения кор­ пуса от принятого по статистике для опорного варианта, то сле­ дует сделать второе приближение.

3.2. Оптимальное удлинение носовой части корпуса

В тех случаях, когда удлинение носовой части не ограничи­ вается, оно может быть оптимизировано. При этом следует иметь в виду, что Ян и Яф будут двумя оптимизируемыми параметрами, уравнение связи между которыми (3.69). Составляем уравнения

139