Самарский государственный аэрокосмический университет
имени академика С.П.Королева
Кафедра летательных аппаратов
Лабораторная работа
по дисциплине
«Введение в специальность 230301-
Моделирование и исследование операций
в организационно-технических системах»
Модели для оценки нагрузок, действующих на летательные аппараты
Разработал В. И. Куренков
Самара 2006
Цель работы: Научиться определять нагрузки, действующие на летательные аппараты на различных этапах эксплуатации.
Задание:
1.Изучить теоретическую часть данной темы.
2. Проанализируйте и решите три задачи из вариантов задания, приведенных в конце методических указаний. Номера задач для каждого студента определяются по следующей схеме:
- номер первой задачи соответствует порядковому номеру студента в учебной ведомости;
- номер второй задачи - на единицу больше, чем номер первой задачи;
- номер третьей задачи - на две единицы больше, чем первой задачи.
3. Оформите отчет в текстовом редакторе Word в соответствии с СТП СГАУ по оформлению учебных текстовых документов.
4. Отчитайтесь преподавателю, ответив устно на некоторые контрольные вопросы,приведенные в конце методических укаханий.
Методические указания
Расчетную часть можно проводить по выбору студента с использованием калькулятора, табличного процессора Excel или математической системы Mathcad.
В отчете должны быть приведены исходные данные для расчета, расчетные схемы, расчетные зависимости. В тексте отчета должны быть необходимые пояснения производимых расчетов.
В задачах не требующих расчета следует привести текстовое описание ответа.
Дополнительное задание (для выполнивших основное задание)
Разработайте с применением Excel таблицу расчета продольной перегрузки, действующей на ракету, летящую вертикально вверх, в зависимости от времени работы двигателя.
Аэродинамическую силу не учитывать.
Постройте соответствующие графики.
Теоретическая часть
5.2. Моделирование нагрузок, действующих на летательный аппарат
Знание о перегрузках, действующих на летательный аппарат, необходимо конструктору:
- для расчета траекторий ЛА;
- для расчета характеристик управляемости ЛА;
- для обеспечения достаточной прочности корпуса и его элементов на всех стадиях эксплуатации.
5.2.1. Этапы эксплуатации летательных аппаратов
Величина нагрузок и их виды зависят от этапа эксплуатации.
Принято выделять следующие основные этапы эксплуатации ЛА.
1. Транспортировка от завода изготовителя к месту старта.
2. Сборка ЛА и установка его на стартовой позиции.
3. Активный участок полета.
4. Пассивный или орбитальный участок полета.
5. Спуск с орбиты.
5.2.2. Нагрузки, действующие на летательный аппарат
Из опыта эксплуатации ЛА установлено, что в большинстве случаев нагрузками, определяющими прочность корпуса ЛА, является нагрузки, действующие на активном участке траектории и при транспортировке. Нагрузки, действующие при спуске с орбиты, определяют прочность спускаемого аппарата. Поэтому ограничимся анализом этих этапов эксплуатации.
Схема сил, действующих на ракету на активном участке траектории, представлена на рис. 5.1.
Рис. 5.1. Схема сил, действующих на ЛА
на активном участке траектории
На этой схеме введены следующие обозначения:
1 - траектория;
2 - линия горизонта;
3 - центр тяжести (центр масс ракеты);
4 - центр давления ракеты; - точка приложения аэродинамических сил;
– система координат,
связанная с ЛА.
- угол тангажа
(угол между осью ОХ и горизонтальной
плоскостью);
R - сила тяги ракетных двигателей;
- управляющая сила;
- полная
аэродинамическая сила;
- аэродинамическая
сила лобового сопротивления;
- аэродинамическая
подъемная сила;
- сила тяжести
ракеты;
m - масса ракеты (текущая);
- угол наклона
траектории к горизонту.
- вектор скорости
набегающего потока воздуха.
Угол атаки
мал и на схеме не показан.
На этапе спуска могут отсутствовать некоторые из названных сил. Например, при спуске на лунную поверхность аэродинамическая сила R не возникает.
Спуск космического
аппарата на поверхность планеты с
атмосферой может происходить без
работающих двигателей, т. е. тяга
= 0. На рис. 2 приведена схема сил,
действующих на спускаемый аппарат, типа
спускаемой части КА «Восток» на пассивном
участке траектории.
Рис. 5.2. Схема сил, действующих на спускаемый аппарат при баллистическом спуске