Файл: Дракин, И. И. Основы проектирования беспилотных летательных аппаратов с учетом экономической эффективности.pdf

конструкции для Ж РД ?тж/<7дж = 0,001365, для РДТТ <7тт/^дт = = 0,0837. Для удельной стоимости конструкции планера прини­ мают отношение ее к удельной стоимости двигательной установ­

ки с Ж РД <7п/7дж ~ 0,5.

Принимая за единицу удельную стоимость планера, получим: <7п=1, <7дж= 2, </дт«0,16, <7тж= 0,0027, (/тт=0,0134.

Определение стоимости конструкции и топлива QK. т при при­ нятых удельных стоимостях проведено в табл. 4.2. При этом применены следующие расчетные формулы, полученные на ос­ нове выражений (4.29) и (1.4):

(1-що)1//г

ІБг— 1

(1 - Д г і / ,//2

При определении стоимостей значение а разделено соответ­ ственно на величину, соответствующую конструкции двигатель­ ной установки Ga и на величину, соответствующую остатку топ­ лива, которая включена в общий вес топлива GT. Поэтому мож­ но написать для стоимости конструкции и топлива 1-й ступени

Q K.-г і — 4 ' а осі)(<7ті + <Д і а і , )!Аті]

<7т 1 = <7тт=О,0134, 7cti = <7flT=0,16.

Следовательно,

QK.TI= (0,02 + 0,0934цт1) Gv

Аналогично для 2-й ступени, учитывая, что аос=0,025,

0КЛ2=(0,15+ 0,382^)02.

В табл. 4. 2 приведены вычисления суммарной стоимости кон­ струкции и топлива БЛА, при этом

Q K .T—QK.TI -ЬQ к.т2*

Задаваясь значениями рті, величина рт2 определялась по фор­ муле (4. 43), согласно которой,

0,4064

1*7*= 1

(1-щ і)0’86 ‘

174

рию на 29% больше, чем у оптимального варианта по весовому критерию, однако стоимость конструкции и топлива на 30% меньше.

Оптимальные значения относительных весов топлива могут изменяться в довольно ощутимом диапазоне в зависимости от

175

изменения величин удельных стоимостей. Например, если удель­ ная стоимость конструкции РДТТ первой ступени будет в два ра­ за больше, то оптимальные относительные веса топлива будут

Рт 1 = 0,405, рт г=0,364 (см. кривую В на рис. 4.6).

Предложенный метод оптимизации топлива многоступенча­ тых БЛА базируется на постоянстве рт о при заданных значениях Но, Иср, Ѵ'к и траектории. В разд. 3 было показано, что неизмен­ ность значения рт0 вытекает из выражений (4.23), (4.24), (4.25) и (4.26), если сохраняются неизменными величины 1/0 и Ѵк, а также законы изменения по времени величин Ѳ и X/G.

Однако в реальных условиях законы изменения величин Ѳ и X/G по времени при изменении, например, величины рт і не уда­ ется обеспечить неизменными. Действительно, если, например, на двухступенчатом маневренном БЛА энергетический блок первой ступени служит только для разгона в кратчайшее время, то энер­ гетический блок второй ступени должен обеспечить получение заданной дальности полета в заданное время. Поэтому продоль­ ные ускорения первой ступени требуются большие (яж> 1 0), а ускорения во второй ступени получаются значительно меньше. В связи с этим, при изменении значений рт і изменяется дли­ тельность больших и малых ускорений. В связи с этим изменяет­ ся и закон изменения скорости, хотя средняя скорость полета мо­ жет сохраняться.

разделе. Заметим, что в данном примере для исходного вариан­ та (рт і = 0,334, р,Т 2= 0,4252) принимается ускорение первой сту­ пени 200 м/с2, а ускорение второй ступени не превышает 5 м/с2 (см. табл. 1.4), т. е. ускорения отличаются в 40 раз.

Значение цт0 в рассмотренном примере было определено по значениям рт і и рт2, при рт1=0,334 и было найдено р,т0=0,62. Определим рТ 2 при ріт і == 0,217 (см. первая колонка табл. 4.2) не на основе выражения (4.43), а на основе баллистических ха­ рактеристик, соответствующих средней и конечной скоростям и значению рті=0,217.

Принимая среднее ускорение при полете с ускорителем 200 м/с2, и полагая, вследствие большого ускорения,

Рт Л1 + Р тЛ ~ °Л Р тѵі. получаем при рті = 0,217.

1/о2 = ^ кі = 480 м/с-

Сохраняя неизменными траекторию и общее время полета, на­ ходим при этом

1/ср2=1065 м/с, т2= 151,6 с.

176

Г л а в а V

П РОЕКТИ РОВОЧН Ы Й А Н А Л И З Н А Д ЕЖ Н О СТ И БЛА И ЕЕ ОП ТИ М И ЗАЦ И Я

Основным назначением любого БЛА является выполнение це­ левой задачи с оптимальной (т. е. наиболее целесообразной) эф­ фективностью. Под эффективностью обычно понимают вероят­ ность выполнения целевой задачи одним БЛА.

Следует заметить, что указанная вероятность не является до­ статочным критерием совершенства БЛА. Полным критерием совершенства БЛА являются затраты на выполнение целевой за­ дачи с заданной вероятностью совокупностью БЛА. Об этом кри­ терии см. гл. II.

Если повышение эффективности не вызывает существенных экономических затрат, то, естественно, следует стремиться к мак­ симальной эффективности в данных условиях. Однако во многих случаях повышение эффективности связано с существенными экономическими затратами. В этих случаях необходимо опреде­ лять оптимальную эффективность, т. е, ту вероятность выполне­ ния целевой задачи одним БЛА, при которой затраты на выпол­ нение целевой задачи с заданной вероятностью будут мини­ мальны. В данном случае предполагается, что для выполнения целевой задачи с заданной вероятностью потребуется несколь­ ко БЛА.

В этой главе рассматриваются два основных вопроса: спосо­ бы повышения надежности БЛА на этапе проектирования и мето­ ды определения оптимальной эффективности и ее составляющих.

Вероятность выполнения целевой задачи одним БЛА Pi зави­ сит от ряда факторов, которые можно разделить на три группы; надежность БЛА, противодействие внешней среды (в том чис­ ле и противника), вероятность эффективного использования по­ лезной нагрузки для выполнения целевой задачи. Таким обра­ зом, вероятность

/\= А Ц 1 - / > йр)

где R — надежность; Р иѵ — вероятность противодействия; Р а. п — вероятность выполнения целевой задачи с помощью полезной на­ грузки при Р = 1 и Япр= 0.

178

Наибольшее внимание в данной главе уделяется надежности, так как этот фактор в большей своей части определяется на эта­ пе разработки, в частности на этапе проектирования.

Вопросы противодействия в данной главе рассматриваются с позиции учета влияния противодействия на оптимальную эффек­ тивность, которая в значительной степени определяется полез­ ной нагрузкой и, в частности, целевой нагрузкой.

1 ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ НАДЕЖНОСТИ НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Надежность тех или иных агрегатов и всего БЛА заклады­ вается в основном при проектировании. При этом необходимо отметить две стороны этого вопроса: одна сторона— техниче­ ская, другая — организационная. Техническая сторона повыше­ ния уровня надежности сводится к применению таких конструк­ тивных решений, которые при их практической реализации вели бы к максимально рациональному предотвращению отказов. Ор­ ганизационная сторона повышения надежности предусматривает активное участие конструктора в техническом планировании производства, в организации контроля качества производства, в организации экспериментальных работ.

При разработке БЛА различные агрегаты требуют различно­ го объема внимания и средств для обеспечения приемлемого уровня надежности. Очевидно, что наибольшего внимания заслу­ живают те агрегаты и системы, которые более часто отказыва­ ют: В качестве примеров, характеризующих относительную ча­ стоту отказов, в табл. 5. 1 приводятся процентные составы отка­ зов при испытаниях одного БЛА [106] и группы БЛА («Юпитер», «Тор», «Атлас», «Титан», «Навахо») [95]; разбивка по группам по сравнению с источниками — унифицирована.

Как следует из табл. 5. 1, системы наведения и управления дают наибольший процент отказов. Значительный процент отка­ зов имел место для двигательных установок и топливных систем. Корпус, включая герметизацию, систему разделения ступеней ц боевую головку имел относительно умеренный процент отказов.

Если судить по зарубежным данным о надежности БЛА в первых запусках, то оказывается, что она очень низка, причем значительное число отказов происходило по вине проектиров­

дующая: «Атлас» в первых 7 запусках-— 29%, «Тор» в первых 9 запусках — 22%, «Поларис» в первых 5 запусках — 0%, «Скайболт» во всех 5 запусках — 0%.

Приемлемую надежность обычно достигают путем отработки различных систем в процессе летных испытаний большого коли-

179