|
Рубрика:
Наука и технологии
|
Facebook
Мой мир
Вконтакте
Одноклассники
Google+
|
 ПОВАЛЯЕВ П.П., Московский авиационный институт (национально исследовательский университет), инженер
 КАЛЁНОВА Н.В., Московский авиационный институт (национально исследовательский университет), доцент
РОМАНЕНКОВ А.М., Московский авиационный институт (национально исследовательский университет), доцент
ШАРИКОВ Д.В., Московский авиационный институт (национально исследовательский университет), инженер
Движения ступеней ракет-носителей
для уменьшения зон «отчуждения»
В данной работе, рассмотрен подход, который позволит исследовать движение ступеней ракет-носителей. Для примера был рассмотрен запуск ракеты-носителя «Союз», а точнее критическое падение второй ступени. Чтобы выработать рекомендации для уменьшения зоны «отчуждения», реализована методика численного моделирования свободных колебаний модели. Была доработана базовая программа, основанная на методе Годунова – Родионова интегрирования нестационарных уравнений Эйлера, путем дополнения блоком интегрирования обыкновенного дифференциального уравнения плоского движения тела (включающий в себя плоское угловое движение и движение центра масс) с учетом изменений параметров набегающего потока за счет изменения высоты. Для решения газодинамической задачи, разработана программа построения трехмерной структурированной вычислительной сетки, в прямоугольной системе координат. Обработаны полученные данные и визуализированы в специализированных программных пакетах такие как Tecplot и Grapher 2.0
При запуске ракеты-носителя образуются зоны падения отработанных ступеней и их обломков в различных районах площадью в сотни квадратных километров. Это приводит к тому, что возникают зоны «отчуждения», в которых невозможна хозяйственная деятельность и размещение населенных пунктов.
Рассмотрим запуск ракеты-носителя «Союз».
- Первая ступень совершает отделение в непосредственной близости к месту старта ракеты-носителя, где отсутствуют населенные территории.
- Вторая ступень, при падении с огромной скоростью разрушается в плотных слоях атмосферы, и обломками разносится на большие территории, тем самым создавая зону «отчуждения».
Задача данной работы – рассмотреть подход, который позволит исследовать движение ступеней ракет-носителей с целью выработок рекомендаций для уменьшения зоны «отчуждения».
Известны способы расчетов динамики падения ступеней ракет-носителей, в ходе которых заранее формировались массивы аэродинамических коэффициентов ступеней, в зависимости от числа Маха, высоты, углов атаки и набегающего потока. Далее с использованием интерполированных данных этих массивов решалась задача динамики.
Нужно реализовать методику комплексного расчета, решить одновременно уравнение газовой динамики и уравнение движения центра масс, а также и углового движения относительно центра масс.
Для интегрирования уравнения движения будет использован простейший метод Эйлера. Поскольку идет разработка методики, для ускорения времени счета используется простейший метод Эйлера, который позволяет интегрировать уравнение динамики, используя неравномерный шаг по времени.
В данной работе предлагается новая методика, в которой будет использоваться упрощенный расчет в рамках плоского гравитационного поля и производиться изменение параметров атмосферы на разной высоте. При этом не будет использоваться сложная динамика движения тела в центральном поле земли.
Исследование движения газообразной среды, т.е. определение в каждой точке пространства параметров, характеризующих это движение, состоит в решении соответствующих уравнений, которые связывают между собой эти параметры. Все эти уравнения независимы и составляют систему уравнений газодинамики. Число независимых уравнений системы определяем количеством отыскиваемых независимых параметров газа.
Рассмотрим движения идеального газа. Если скорости потока невелики, то можно пренебречь изменением удельных теплоемкостей от температуры и не учитывать излучения. В этом случае газовое течение представляет собой термодинамическую изолированную систему и является адиабатическим. Система уравнений газодинамики должна включать шесть независимых уравнений.
Запишем систему уравнений по осям прямоугольной системы координат X, Y, Z, и проекции вектора скорости u, v, w на данные оси.
Система уравнений Эйлера, записанная в дивергентной форме, имеет вид:
 (1)
В ряде случаев для определения характера движения системы требуется знать закон движения ее центра масс. Чтобы найти этот закон просуммируем левую и правую часть системы дифференциальных уравнений движения, система состоит из n материальных точек, точка системы с массой m, равнодействующая всех приложенных к точке внешних сил  , и равнодействующая всех внутренних сил | 
Движения ступеней ракет-носителей для уменьшения зон «отчуждения»