Файл: Дракин, И. И. Основы проектирования беспилотных летательных аппаратов с учетом экономической эффективности.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.10.2024
Просмотров: 121
Скачиваний: 2
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
По формуле (3. 56) |
при экономическом критерии (уэ = 0,308) |
|
с„эпх = |
( |
----° ’366 ' V' = 0,0433. |
|
\0,308-14700 ) |
|
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
где |
So6 |
|
|
= ё'об'^Об “Ь ё’б^б! |
|
|
— поверхность части корпуса, вмещающей оборудование, |
||||
механическое управление, источники энергии, Ж РД с |
системой |
||||
подачи топлива; |
S |
б — поверхность емкостей топлива, |
включая |
||
|
|||||
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,
3 0и= |
^ — ^н + ^об^ > |
(3.59) |
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
= r fV w + -J- ä* (хоб - у л6) = |
|
= f d3 KT]w+ < е ~ Т Пб)’ |
(3- 60) |
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
Х6 = яп!2(0,302/гдн + ^), |
(3.61) |
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
Относительный |
вес |
корпуса, |
используя |
выражения |
(3.59) |
||||
и (3. 61), |
- (\ 43 |
ёобК |
+ |
ёобКб |
+ 0>302 |
пт g6 |
+ |
ёйК) |
• |
!АФ= -Gгг0 - = ~G 0 |
|
|
|
/ |
|||||
Определяем 70б и 7б из выражений (3.60) и (3.62) и подставля ем в выражение для рф
|
nd |
|
|
|
|
|
|
№ |
|
|
|
Н-Ф |
Go2 |
g |
ёоб^'я |
---- |
о |
) Н---- |
обё’об + |
^бІГб) + |
|
||
|
2 |
|
Т- |
) |
nd6 |
|
• |
(3.63) |
|||
|
|
|
+ 0,302rtrag 6 —— tt6(g-6- g j ] |
||||||||
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;
рк |
— расчетное давление в баках; |
d |
— диаметр корпуса в м; |
|
|
&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
где |
|
|
g6= gid> |
|
|
|
|
|
(3-64) |
|||
xd2 |
|
|
|
|
|
2з„/Ум |
|
|
|
(3.65) |
||
является удельным весом бака диаметром 1м. Тогда |
|
|||||||||||
з |
[4 ^об^н(і - 4- |
|
j |
+ jid3 |
w otg* |
|
nd2 w 6gx |
|||||
|
|
|
|
+-4г |
+ |
|||||||
I V G |
L 3 |
V |
о |
|
|
44 |
|
|
|
|
|
|
~ 7 |
+ |
^0,302ялн- ~ |
|
n6J g 1d + ~ - |
«6g-o6j . |
(3.66) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
ge |
|
|
|
|
|
При баках низкого давления значение Цф можно определить |
||||||||||||
по формуле (3.63), считая величину |
|
независимо от диаметра |
||||||||||
(в определенном диапазоне). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Величина производной от рф при баках низкого давления |
||||||||||||
öd |
2яЦ2 |
|
2 ёоб^я |
1 |
|
|
|
|
|
|
||
Фф |
G |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
" TПбіёб~ёо6 |
|
|
W o6go6 + W |
|
|
||||||
|
2_ |
-~4{^ 4 ~ ^ 0,302/*дш?б~ |
|
|||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
6Ц . |
(3.67) |
||
|
|
|
|
я |
|
|
|
|
|
|
||
135
2 n d 2 |
2 |
|
|
|
|
При баках высокого давления |
|
|
|
||
0 ,3 0 2 / г дн - |
|
1 |
|
|
(3.68) |
± |
- п б\ g |
l - j - |
- ± - W o6g |
||
3 |
^( |
т %)+т Лв o6j . |
|||
Производная от рт |
|
<^Н-Т |
ф та |
^Хф |
|
фт |
|
|
|||
dd |
|
фхта |
5Хф |
öd |
|
Исходя из формул (3.60) и (3.62), общий объем размещаемого в корпусе оборудования и баков
^ Ф = ^ об+ ^ б= ^ - [ х н+ х 06+ х 6- х н(1 — 1-л»-)'
n d 3
ХФ ~ Хн I 1 -----
Следовательно, |
Ш Ф |
- к ( 1 |
8 |
|
|
nd3 |
н \ |
15 |
|
Учитывая, что |
(1І-е-^ 1 |
1 2 1 |
Гф |
|
|
||||
nd* |
||||
dd |
||||
|
|
|
||
величина |
dd |
\2W^ |
ф.га |
|
|
nd^ |
|||
|
|
|
5Хф |
|
Согласно формуле (1.66), можно написать
Ф та |
^ |
t i |
д°сѵ i |
|
(ЗХф |
1 |
/ср 1 |
5ХФ *?ср |
|
где |
Ö°cp i |
/ |
|
|
здесь |
5Хф |
йЛф |
|
|
|
n d 2 |
ф |
|
|
V |
|
4 G 0 |
|
|
(3. 69)
( 3 . 7 0 )
136
Общая боковая поверхность корпуса [с использованием фор мулы (3.59)]
5бок= |
• |
Следовательно, коэффициент аэродинамического трения
Сх тр сf 5б<ж=5ф |
4 с |
Общий коэффициент аэродинамического сопротивления
С г ф Сх Н “Ь ^х тр ~Ь сх дн “Ь |
ф ’ |
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
д |
с х ф |
|
д С х |
тр |
4сf ' |
|
|
|
|
0Хф |
|
д\ф |
|
|
|||
^3ФI |
|
|
|
Jtd |
|
|
|
|
nd2 |
! |
~ ~ |
3 |
|
[ |
|||
~ |
~ <VСh / 1 |
|
ф |
|||||
~ д Ц ~ |
|
|
|
2 4 Щ° х |
|
|||
Следовательно, |
|
'cp i |
|
|
|
nd |
|
|
||
ф т |
12Т^ф |
|
CfiQcp i^t’l |
|
3 |
|
||||
dd |
G 0d2 |
1 |
. |
24Гф |
|
|||||
Обозначим |
|
|
n |
|
|
cx Ф;^cp i^ h |
||||
|
|
|
|
1П |
* |
Cp І |
||||
тогда |
|
|
|
|
|
'cp І |
|
|
|
|
|
|
ф т |
nd2 |
I |
даФ |
1 2 1 |
Сф |
|
||
|
|
|
dd ~~ |
G 0 |
\ |
d |
nd |
4 |
f |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
' сXф і'Уср I
'cp 1
(3.71)
(3. 72)
(3. 73)
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
Ч/ |
I /з |
|
УнОПТ.л 1’0 8 5/VN |
|
|
|
— ЗобМ1— |
И^обДоб + 1^6.?б + |
«б |
|
|
||
|
Л/ |
”1 |
2 |
|
1 |
' |
|
|
|
0,8т)иО + 0,604пЛНіСб — — |
|
( g б— Доб) + — |
И’фY |
(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
(0,906гадн - |
+ |- |- [2ХН(1 — 0,8т)w) - f п6\g o6+ -у- дафуJ d 3= |
|
- ~ ( W o6go6 + GW^wf y). |
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)
ОПТ |
( У обДоб -г ЗІ£фW/у) — (0,ЭОбЛдн — п 6) g \d b |
||||||||||
Ув-Д= I |
2 |
а„ |
( 1 |
— |
0 |
, |
8 |
7 |
) + |
п6\ g o6 |
(3. 75) |
|
[ |
|
|
|
ѵ)ц |
|
*’фѴ |
||||
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