ВВС-ЛабРабота-08-СУДЦМ_КА


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Курс Введение с специальную технику


1

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №
8

Выбор
технических
характеристик
корректирующего химического

реактивного двигателя

для управления движением центра масс

КА



В данной лабораторной работе ознакомимся
с исполнительными приборами (органами)
системы управления движением
центра масс КА.

Проведем ориентировочный расчет проектных
характеристик корректирующего реактивного двигателя КА.


ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1)

Подситема управления движением центра масс КА
:

В процессе эксплуатации
КА

может возникать потребность в изменении его

траектории
движения (параметров орбиты)
. Примером целенаправленного изменения параметров орбиты КА
является коррекция высоты полета, которая уменьшается под воздействием аэродинамического
сопротивления со стороны остаточной верхней атмосферы Земли.

Для
ос
уществления данной
задачи в составе

обеспечивающих бортовых систем

КА

присутствует
подсистема управления
движением центра масс КА
.
Основным исполнительным прибором (органом) указанной
подсистемы является реактивный двигатель

(
см. рис. 1
)
, вектор силы тяги

которого проходит
через центр масс КА
.
Соответственно
,

в состав подсистемы
управления движением центра масс
КА

также входят баки хранения топливных компонентов
для работы реактивного двигателя

(
см. рис. 1
).


Рисунок 1
-

Компоненты подсистемы
управления движением центра масс КА

(
1
-

топливный бак
окислителя, 2
-

топливный бак горючего, 3
-

реактивный двигатель
)


2
)
Приближенный
расчет массовых и геометрических характеристик компонентов
подсистем
ы

упра
вления движением центра масс КА
:

Рассмотрим задачу выбора
параметров корректирующей химической двигательной
установки на базе жидкостного реактивного
двигателя

(ЖРД)
.

Пример 1
.
В состав бортовых систем

проектируемого

КА в форме куба размером
1м×1м×1м

и ма
ссой
кг

пл
анируется ввести подсистему управления
движением центра
масс КА
.
Данная подсистема включает в свой состав ЖРД, топливной смесью для которого
является
"
НДМГАТ
"

(
несимметричный диметилгидрозин
 тетраоксид диазота
).
Схема ра
змещения
реактивного двигателя и топливных баков приведена на рисунке 2.

Плотность НДМГ составляет
кг/м
3
, плотность АТ составляет
кг/м
3

, соотношение расхода массы
Ц.М.

Yc

X
c

Курс Введение с специальную технику


2

компонентов при сгорании составляет НДМГ/АТ 
2/1, удельный импульс ЖРД составляет
м/с.

Сила тяги ЖРД составляет
Н.
Известно, что за весь срок активного
существования ЖРД должен придать КА суммарный импульс скорости
м/с.
Толщина
стен
ки сферического топливного бака составляет
м.

Требуется рассчитать массовые и геометрические характеристики
ЖРД и топливных баков:
,
,
,
,

,
.


Рисунок 2
-

Схема расположения ЖРД и топливных баков


Решение:

1
)
Рассчитаем массу
топлива, необходимую для включений ЖРД по формуле (1):

,









(1
)

В нашем случае
кг.

2)
Рассчитаем
массы компонентов топлива
из системы уравнений (2)
:

,









(2)

В нашем случае получаем
кг,
кг.

3)
Оп
ределим геометрические
характеристики ЖРД
, изображенного на рисунке 2,

по
эмпирическим
зависимостям

(3)
-
(6)
:

,
[
метр
]









(3)

,
[
метр
]









(4)

Xc

Y
c

Xc

Z
c

Y
c

Z
c

ЖРД

Топливный бак
окислителя

Топливный бак гор
ючего

1 м

1 м

R
AT

(R
НДМГ
)

δ

Схема сферического
топливного бака

Схема
ЖРД

D

d

l
сопл

D

l
ф

l
кс

Курс Введение с специальную технику


3

,
[
метр
]









(5)

,
[
метр
]









(6)

м

В нашем случае
м

,
м ,
м

,
м ,

м.

4)
Рассчитаем
радиусы

топливных баков

в форме шара

по зависимостям (7) и
(8):

,








(7)

,







(8)

где
-

количество сферических баков для каждого компонента топлива (
см. рис. 2
);
-

толщина стенки топливного бака (
см. рис. 2
).

В нашем

случае
м
,

м.



КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ


1.

Что
является исполнительным органом подсистемы управления движением центра
масс КА?

2.

Через какую точку должен проходить вектор тяги исполнительного органа подсисте
мы
управления движением центра масс КА?

3.

Где хранятся компоненты топлива для ЖРД?

4.

Объясните (выведите) формулы (7) и (8) из примера 1.


ЗАДАНИЕ


1)
В состав бортовых систем проектируемого КА в форме
пря
моу
г
ольного
параллелепипеда

размером A×
B
×
C

и массой

планируется ввести подсистему управления
движением центра
масс КА
. Данная подсистема включает в свой состав ЖРД, топливной смесью для которого
является "НДМГАТ" (
несимметричный диметилгидрозин  тетраоксид диазота
). Схема размещения
реактивного двиг
ателя и топливных баков приведена на рисунке
3
. Плотность НДМГ составляет
кг/м
3
, плотность АТ составляет
кг/м
3

, соотношение расхода массы
компонентов при сгорании составляет НДМГ/АТ  2/1, удельный импульс ЖРД

составляет
м/с.

Сила тяги ЖРД составляет
,

и

вектор силы тяги должен быть направлен вдоль оси
. Известно, что за весь срок активного существования ЖРД должен придать КА суммарный
импуль
с скорости
.
Компоненты топлива планируется хранить в баках сферической формы.
Толщина стенки сферического топливного бака составляет
м.



Требуется
рассчитать массовые и геометрические характеристики ЖРД и топ
ливных баков:




-

массу окислителя;


-

массу горючего;




-

минимальный диаметр ЖРД;




-

максимальный диаметр ЖРД;




-

длина сопла ЖРД;




-

длина камеры сгорания ЖРД;




-

количество сферических баков для хранения окислителя;

Курс Введение с специальную технику


4




-

количество сферических баков для хранения горючего;




-

радиус сферического бака оки
слителя;




-

радиус сферического бака горючего.

Количество топливных баков и их размеры следует выбирать так, чтобы они
умещались внутри корпуса КА, то есть внутри прямоугольника
B
×
C

!


Рисунок 3
-

Схема КА


2)
Составить чертеж (компоновочную схему) КА и подсистемы управления движением
центра масс с соблюдением масштаба.


Исходные данные для расчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1


Исходные данные для расчетов

№ вар.

A, м

B
, м

C
, м

M
KA
, кг

P
T
, Н

Δ
V
, м/с

1

2

1

1

1000

1000

1000

2

3

2

2

2000

1000

1000

3

3

1

1

1800

1000

1000

4

2,5

1

1

800

1000

1200

5

1,6

1

1

800

1500

1200

6

1,8

0,8

0,8

600

1500

1200

7

2,2

1

1

1200

1500

1300

8

2,6

1

1

1400

800

1300

9

2,8

1,2

1,2

2400

800

1300

10

3,4

1,5

1,5

3400

800

1
600

11

2,8

1

1

2600

2000

1600

12

3,2

1,2

1,2

3500

2000

1100

13

3,8

1,4

1,4

4000

1600

1100

14

4

2

2

4300

1600

1200

15

3

1

1

2800

1600

1300


Xc

Y
c

Y
c

Z
c

X
c

Z
c

A

B

R
AT

(R
НДМГ
)

δ

Схема сферического
топливного бака

Схема
ЖРД

D

d

l
сопл

D

l
ф

l
кс

C


Приложенные файлы

  • pdf 11095210
    Размер файла: 301 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий