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 Rне 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
5.2.3. Классификация нагрузок
По характеру распределения все эти силы подразделяются на объемные (массовые) и поверхностные.

К объемным (массовым) силам относятся силы, распределенные по всему объему ЛА, например, сила тяжести.

Поверхностные силы – это силы, распределенные по поверхности ЛА, например, аэродинамические силы, сила тяги двигателя, силы, приходящие на ракету от опор крепления ЛА при транспортировке.

По характеру действия внешние силы могут быть статическими и динамическими.

К статическим силам относятся силы, медленно изменяющиеся с течением времени (тяга двигателей в полете, силы веса, давление наддува на стенки баков, аэродинамические силы и т. д.).

Динамические нагрузки – это нагрузки, быстро изменяющиеся с течением времени и которые могут вызвать упругие колебания элементов конструкций (аэродинамические силы при внезапном порыве ветра, быстрое, почти мгновенное, нарастание силы тяги на старте, падение силы тяги после выключения двигателей и т. д.).

Все поверхностные силу могут быть разделены на распределенные по какой-либо поверхности ЛА и на сосредоточенные, приложенные к малому участку поверхности.

Перечисленные силы являются внешними по отношения к ЛА. Они определяют воздействие внешней среды на ЛА. Под действием этих внешних сил в силовых элементах конструкций возникают внутренние усилия, величина и распределения которых в значительной степени определяются величиной и характером распределения внешних нагрузок по поверхности корпуса ЛА.

---

5.2.4. Перегрузки

Для определения усилий, действующих в том или ином сечении ЛА, удобно пользоваться понятием перегрузки, которая характеризуется безразмерным коэффициентом перегрузки n.

Коэффициентом перегрузки (перегрузкой) называют отношение ускорения, которое бы имело тело вне поля Земного тяготения, к ускорению Земного тяготения g₀.

Применительно к земным условиям понятие перегрузки можно сформулировать следующим образом: перегрузкой называют отношение вектора равнодействующей всех поверхностных сил, действующих на ЛА к его весу.

Перегрузка в направлении оси , носит название продольной или осевой , а в направлении оси – нормальной , в направлении оси (перпендикулярно чертежу, рис.1.), - поперечной .

Осевая, нормальная перегрузка ЛА для схемы сил по рис. 1., выразится следующим образом:

;

.
4.2.5. Перегрузки, действующие на летательный аппарат
и человека

При запуске пилотируемого космического аппарата возникают перегрузки . При спуске с орбиты . При срабатывании систем аварийного спасения перегрузки достигают предельно возможных для человека значений.

При проектировании беспилотных летательных аппаратов закладывают, как правило, больше перегрузки, чем для пилотируемых. Так боевые ракеты на твердом топливе могут иметь перегрузки на активном участке траектории до 20, а на пассивном (для головных частей) до 50.

Человек выдерживает перегрузки до 4...20 в зависимости от времени действия перегрузки и ее направления (см. рис. 5.3.). Тренированные люди обычно выдерживют большие перегрузки, чем нетренированные.

---

Рис. 5.3. Перегрузки, которые выдерживает человек
5.2.6. Поперечные перегрузки, действующие на крылатый летательный аппарат

Для летательных аппаратов типа самолетов и крылатых ракет характерны большие поперечные перегрузки . Эти перегрузки существенно зависят от скорости и траектории полета летательного аппарата и местоположения его на этой траектории.

Рассмотрим, как определяется поперечная перегрузка крылатого летательного аппарата при выполнении фигуры высшего пилотажа, которая называется петлей Нестерова. Схема летательного аппарата, силы приложенные к нему, координаты и геометрические параметры траектории показаны на рис.5.4.



Рис.5.4. К выводу зависимости перегрузки
На летательный аппарат действует подъемная сила и сила тяжести G(рассматриваем только силы, имеющие проекции на ось ). Суммарная сила составляет:

. (5.1)

Эта сила приводит к искривлению траектории и равна

, (5.2)

где m- масса ЛА, V –его скорость.

Приравнивая правые части выражений (1) и (2), получаем

, (5.3)
откуда находим подъемную силу

. (5.4)

Поделим обе части уравнения на величину , где - ускорение силы тяжести Земли, получим величину перегрузки:

. (5.5)

Это и есть выражение для определения поперечной перегрузки

---

Смотрите также файлы

• Отчетная документация по производственной практике (по профилю специальности) Специальность спо.docx

• Иерархическая структура действий, реализованных в информационной системе, это.docx

• Применение и способы нанесения лыжных смазывающих составов ФэстаСпорт Меры безопасности Работы проводить в хорошо проветриваемом помещении! Не подвергать лыжные смазывающие составы действию открытого огня и отопительных приборов. Не нагревать свыше 190.doc

• Атрезия полное отсутствие просвета пищевода на какомлибо участке или на всем его протяжении. Атрезия в 40% случаев сочетается с другими пороками развития..docx

• Тема рабочие процессы трансформаторов задание. Изучить условия параллельной работы и маркировку трансформаторов.docx