НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o125.pdf (2351.94Кб)

УДК 629.7.016

1 МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия 2 ООО «АйКьюб Визуализация», Москва, Россия 3 ООО "ТПК ВИЛОН", Щелково, Россия

Задачей данной статьи является оценка перспектив спускаемого аппарата (СА) повышенной маневренности класса «несущий корпус». Для этого был произведен проектный аэродинамический и термобаллистический анализ и сравнение полученных результатов  с некоторыми известными проектами спускаемых аппаратов этого же класса, выполненных как в нашей стране, так и за рубежом.
Проектный анализ начинается с определения места аппаратов класса «несущий корпус» в системе классификации. Указанное классификационное распределение позволяет достаточно грамотно сформулировать требования к облику аэрокосмического аппарата на начальном этапе проектирования с системотехнических позиций, поскольку именно начальный этап проектирования зачастую определяет успех всей программы.
Далее сравниваются проектные характеристики СА класса «несущий корпус» с такими аппаратами, как ракетоплан X-15, орбитальный аппарат «Спейс Шаттл», M2-F2, HL-10, SV-5, ВКС «Гермес». Проведена сравнительная массовая оценка СА класса «несущий корпус» в широком диапазоне габаритных размеров. Приведены соображения по рациональности различных комплексов посадкис учетом российского опыта разработки СА «Союз», и условия, определяющие использование аппаратов класса «несущий корпус» в космических программах.
В аэродинамическом анализе рассчитываются аэродинамические характеристики перспективного СА класса «несущий корпус» на гиперзвуковом участке спуска численным методом по приближенной теории Ньютона. Для получения  нужного аэродинамического качества и сокращения массы балансировочного грузарассматривается возможность  балансировки путем введения дополнительных щитков.
В баллистическом анализе разобраны четыре режима спуска:
   1)    cпуск с нулевым креном;
   2)    спуск на максимальную боковую дальность без ограничений;
   3)    спуск на максимальную боковую дальность при ограничении на максимальную перегрузку и максимальную температуру;
   4)    баллистический спуск.
 Для расчета баллистических характеристик СА использована система уравнений движения летательного аппарата в атмосфере. Аппарат рассматривался как материальная точка. В качестве управляющего параметра использован угол крена. Поставлена задача оптимального управления. Для решения задачи оптимального управления использовался метод последовательной линеаризации.
Представлены расчетные данные по температурам для различных режимов спуска в характерных точках поверхности СА. 
Из проведенного анализа видно, что перспективная форма СА класса «несущий корпус» является хорошей альтернативой спускаемым аппаратам «скользящего спуска», особенно для возвращения из лунных и марсианских экспедиций. Также существенное увеличение боковой дальности (до 1500 км, в отличие от СА «Союз», имеющих боковую дальность до150 км) позволяет практически неограниченно расширить коридор входа в атмосферу,что дает возможность осуществить посадку почти в любой точкеевропейской части Российской Федерации.

1. Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П. Королева. 1946-1996 / гл. ред. Ю.П. Семенов, В.А. Лопота. Королев: РКК «Энергия», 1996. 671 с.
2. Основы проектирования летательных аппаратов (транспортные системы) / под ред. В.П. Мишина. М.: Мир, 1985. 360 с.
3. Фернисс Т. История завоевания космоса. Энциклопедия космических аппаратов: пер. с англ. М .: ЭКСМО , 2007. 272 с . [ Furniss T . The History of Space Vehicles. Thunder Bay Press, 2011. 256 p.].
4. Краснов Н.Ф., Захарченко В.Ф., Кошевой В.Н. Основы аэродинамического расчета. М.: Высшая школа , 1984. 264 с.
5. Теория оптимальных аэродинамических форм: пер. с англ. / под ред. А . М . Миеле . М .: Мир , 1969. 507 с . [Miele A., ed. Theory of Optimum Aerodynamic Shapes. Academic Press , New York , 1965 .].
6. Ален Х.Дж. Газодинамические проблемы космических летательных аппаратов // Газовая динамика космических аппаратов: сб. ст.: пер. с англ. М .: Мир , 1965. С . 141-182. [Allen H.J. Gas Dynamics Problems of Space Vehicles // In: Gas Dynamics in Space Explorations. NASA SP-24. NASA, Washington, D.C., 1962. P. 1-17.].
7. Космическая техника: сб. ст.: пер. с англ. / ред. Г. Сейферт. М.: Наука, 1964. 727 с. [ Seifert H . S ., ed . Space Technology. John Wiley & Sons , Inc ., New York , 19 5 9. ].
8. Каменков Е.Ф. Маневрирование космических аппаратов. Гиперболические скорости входа в атмосферу. М.: Машиностроение, 1983. 183 с.
9. Ярошевский В.А. Вход в атмосферу космических летательных аппаратов. М.: Наука, 1988. 336 с.
10. Кемпбелл Дж. Исследование по аэродинамике малых скоростей, связанных с посадкой космических летательных аппаратов // Газовая динамика космических аппаратов: сб. ст.: пер. с англ. М .: Мир , 1965. С . 29-55. [ Campbell J.P. Low-Speed Aerodynamic Research Related to the Landing of Space Vehicles // In: Aerodynamics of Space Vehicles. NASA SP-23. NASA, Washington, D.C., 1962. P. 11-22. ].
11. Campbell W . F . H y personics . Part 2 // Canadian Aeronautics and Space Journal . 1962. Vol. 8, no. 6. P. 136.
12. Griffin J . W ., Vinh N . X . Three Dimensional Optimal Maneuvers of Hypervelocity Vehicles // Proc. of the AIAA Guidance, Control and Flight Mechanics Conf. ( Hofstra University, Hempstead, New York , August 16 - 18, 1971). AIAA Publ., 1971. AIAA Paper no. 71-   920. DOI: 10.2514/6.1971-920
13. Болотин В.А., Миненко В.Е., Решетин А.Г., Скотников А.П., Щукин А.Н. Космический аппарат для спуска в атмосфере планеты и способ спуска космического аппарата в атмосфере планеты: пат. 2083488 РФ. 1997.
14. Миненко В.Е., Симонов М.П., Полякова Е.К., Решетин А.Г. и др. СА класса «несущий корпус»: а. с. 58545 СССР. 1969.
15. Аржанников Н.С., Садекова Г.С. Аэродинамика летательных аппаратов. М.: Высшая школа, 1983. 359 с.
16. Нейланд В.Я., Тумин А.М. Аэродинамика воздушно-космических самолетов. г. Жуковский: ФАЛТ МФТИ, 1991. 201 с.