Расчет аэродинамического нагрева ракеты в отсеке лада. Расчет аэродинамических коэффициентов крылатой ракеты типа Tомагавк

Ином газе. Аэродинамический нагрев неразрывно связан с аэродинамическим сопротивлением, которое испытывают тела при движении в атмосфере; энергия, затрачиваемая на его преодоление, частично передаётся телу в виде аэродинамического нагрева. При движении тела встречный поток газа тормозится вблизи его поверхности. Если тело движется со сверхзвуковой скоростью, то торможение происходит сначала в ударной волне, возникающей перед телом, затем непосредственно у самой его поверхности, где торможение вызывается силами вязкости, заставляющими молекулы газа «прилипать» к поверхности, образуя так называемый пограничный слой. При торможении потока его кинетическая энергия уменьшается, и соответственно увеличиваются внутренняя энергия газа и его температура. Так, при полёте ЛА со скоростью, втрое превышающей скорость звука (около 1 км/с), температура воздуха у его поверхности составляет около 400 К, при входе в атмосферу Земли с 1-й космической скоростью (около 8 км/с) достигает 8000 К, а со 2-й космической скоростью (11,2 км/с) - около 11 000 К. Из областей газа с повышенной температурой теплота передаётся движущемуся телу, происходит аэродинамический нагрев. Существуют две формы аэродинамического нагрева - конвективный и радиационный.

Конвективный нагрев - следствие передачи теплоты теплопроводностью из внешней, «горячей» части пограничного слоя к поверхности тела; зависит от скорости и высоты полёта, формы и размеров тела, характера течения (ламинарное или турбулентное) в пограничном слое. В случае турбулентного течения конвективный нагрев становится интенсивнее. При дальнейшем увеличении скорости полёта температура воздуха за ударной волной и в пограничном слое возрастает, в результате чего происходят диссоциация и ионизация молекул газа. Образующиеся при этом атомы, ионы и электроны диффундируют в более холодную область потока - к поверхности тела, где происходит обратная реакция (рекомбинация), идущая с выделением теплоты. Это вносит дополнительный вклад в конвективный аэродинамический нагрев.

Радиационный нагрев происходит вследствие переноса лучистой энергии из областей газа с повышенной температурой к поверхности тела. Наибольшую роль играют излучения в видимой и УФ-областях спектра. При скорости полёта порядка 5 км/с температура газа за ударной волной достигает значений, при которых газ начинает излучать. При полёте в атмосфере Земли со скоростями ниже 1-й космической радиационный нагрев мал по сравнению с конвективным; при 2-й космической скорости их значения становятся близкими, а при скоростях 13-15 км/с и выше (соответствующих возвращению космического аппарата на Землю) основная доля аэродинамического нагрева принадлежит радиационнрй составляющей.

Аэродинамический нагрев также играет существенную роль при сверхзвуковом течении газа в каналах, в первую очередь в соплах ракетных двигателей. В пограничном слое на стенках сопла температура газа может быть близкой к температуре в камере сгорания ракетного двигателя (до 4000 К). При этом действуют те же механизмы переноса энергии, что и в пограничном слое на поверхности ЛА, в результате чего и возникает аэродинамический нагрев стенок сопла ракетного двигателя.

С аэродинамическим нагревом связана проблема «теплового барьера», возникающая при создании сверхзвуковых самолётов, ракет-носителей и космических аппаратов. Но если при достаточно длительном сверхзвуковом полёте обшивка самолёта нагревается до температуры, близкой к температуре торможения (порядка 400 К), то поверхность космического аппарата при входе в атмосферу Земли или другой планеты со скоростью более 10-11 км/с неминуемо начнёт разрушаться из-за неспособности обычных материалов выдерживать столь большие температуры (порядка 6000-8000 К). Поэтому для противодействия аэродинамическому нагреву на космических аппаратах применяют тепловую защиту.

Лит.: Основы теории полёта космических аппаратов. М., 1972; Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике. 2-е изд. М., 1992.

2.Уравнение тяги как результирующая действия всех газодинамических сил. Полный импульс тяги. Удельный импульс и удельная тяга. Давление, температура горения топлива, энергомассовое совершенство
3.Термодинамический расчет процессов в камере. Основные термодинамические характеристики топлива, порядок их определения.
5.Определение газодинамических параметров течения в сопле с помощью газодинамических фнункций.
6. Типы зарядов и их основные характеристики. Требования, предьявляемые к зарядам. Выбор требуемой поверхноси горения.Расчет заряда канально-щелевой формы.
8.Причины отклонения параметров рдтт от номинальной величины. Определение разброса вбх. Регулирование по давлению и тяге.
8.1 Классификация жрд, облости применения,преимущества и недостатки.Характеристики камеры и двигателя. Коэффициенты потерь. Характеристики: расходная высотная. Топлива для жрд.
9.Основные элементы процессов превращения. Назначение и виды форсунок. Головки к.С. Схемы расположения форсунок. Расчет соотношения по сечения камеры.
10. Регулирование жрд. Запуск и остановка двигателя. Основные задачи регулирования.
11. Охлаждение жрд. Процессы теплообмена и защиты стенок камеры сгорания. Особенности теплообмена. Способы охлаждения. Расчет охлаждения.
13. Система управления ла. Типы траекторий. Определение дальности полета. Траектория наведения. Системы управления ла.
14.Основные характеристки рдтт
15.Компоновка ла
16.Компоновочные схемы ракет; способы создания управляющих сил и моментов. Принцип разбиение ракеты по ступеням.
17.Основные весовые и геометрические характеристики ла
18. Основные конструктивные схемы гибридных, турбореактивных, ракетно-прямоточных двигателей, комбинированных ракетно-прямоточных двигателей. Основные узлы и элементы.
19.Эллиптическая траектория. Интеграл площадей и энергий. Форма и основные участки траектории.Оптимальный угол бросания.Оценка дальности полета по эллиптической и паробалической траекториям
21.Системы управления движением ла, их назначение и общая структурная схема. Управление дальностью полета.
3.Управление дальностью полета.
3.Управление дальностью полета. По Бульбовичу:
22. Возмущенное движение ла. Линеаризация уравнений возмущенного движения. Разложение возмущеного движения на продольное и боковое. Динамические коэффициенты.
25. Классификация динам. Нагрузок, действующих на ла на различных этапах его эксплуатации. Нагрузка при транспортировке. Ветровая нагрузка. Акустическая нагрузка. Пульсация давления в камере рдтт.
29.Задачи динамического анализа ла. Основные задачи динамического анализа. Методы решения динамических задач. Технические решения на этапе динамического анализа.
33.Основные особенности 2-х фазного течения. Потери удельного импульса в сопле: их классификация, физические процессы их обуславливающие.
37. Назначение хвостового оперения. Балансировочная зависимость. Общий подход к выбору оперения в начальном приближении.
44. Основные модели напряженно-деформированного состояния,используемые для прочноскрепленных зарядов рдтт. Запасы прочности, как соотношение разрушающей и расчетной нагрузок. Коэффициент безопасности.
45. Математическая постановка мкэ. Основные этапы решения задачи мкэ. Запись основных соотношений теории упругости для конечного элемента в матричной форме.
46.Расчет пластин. Основные уравнения и гипотезы. Вывод основных уравнений теории тонких пластин в декартовой системе координат.
47.Изгиб пластин. Дифференциальное уравнение упругой поверхности пластины. Методы решения дифференциального уравнения пластины.
48.Геометрия оболочек вращения. Гипотезы кирхгофа-лява и геометрические соотношения. Основные соотношения общей теории оболочек.
49. Уравнения безмоментной теории оболочек(бто). Уранения осесимметиричной задачи. Сферическая и цилиндрическая оболочки при действии внутреннего давления.
51.Устойчивость цилиндрических оболочек. Основные уравнения устойчивости цилиндрических оболочек. Устойчивость цилиндрических оболочек при осевом сжатии и внешнем давлении.
52. Основные силы, действующие на корпус ла в полёте и характер их изменений. Определение осевых сил, действующих на корпус ла в полёте.
53.Расчет топливных отсеков. Расчет корпуса рдтт. Расчет сферических, эллиптических и торосферических днищ. Особенности расчета на прочность конструкции жрд.
54.Конструкция и расчет сопловых блоков двигателей.
55.Конструкция и расчет обечаек камер сгорания рдтт.
56.Конструкция и расчет органов управления
57.Конструкторско-технологическая характеристика соединений.
2.Неразъемные
58. Конструкция баростендов для испытания двигателей
59. Надежность ла на этапе отработки.
60.Надежность ла на этапе серийного производства..
61. Содержание эксплуатационных испытаний рдтт при отработке.
62. Испытание рдтт на служебную безопасность.
63.Способы наведния на цель. Системы управления зур.
64.Расчетные траектории – телеуправляемые, самонаводящиеся, с комбинированной системой управления.
65.Классификация крылатых ракет. Типы траекторий крылатых ракет. Траектория пикирования крылатой ракеты.
66.Особенности конструкции, системы наведения и проектированияя авиационными ракетами. Противоспутниковые авиционные ракеты
68. Классификация ракетных снарядов
69.Методика проведения статического прочностного анализа прочноскрепленного заряда рдтт с использованием конечно-элементных пакетов.
70. Методика проведения модального анализа прочноскрепленного заряда рдтт с использованием конечно- элементных пакетов.
71.Методика проведения гармонического анализа прочноскрепленного заряда рдтт с использованием конечно-элементных пакетов.
72.Методика проведения динамического анализа прочноскрепленного заряда рдтт с использованием конечно-элементных пакетов.
73. Методика определения ндс прочноскрепленного заряда рдтт при действии температуры с использованием конечно-элементных пакетов.
74.Методика проведения температурно-прочностного анализа прочноскрепленного заряда рдтт с использованием конечно-элементных пакетов.
75.Методика проведения расчета на устойчивость цилиндрической оболочки с использованием конечно-элементных пакетов.
76.Общие сведения о пкм. Основные определения, структура материалов, фазы, назначение связующих и наполнителей в составе материалов.
78.Формование изделий из пкм методы форования:намотка, прессование, автоклавное формование, режимы формования.
79. Физико-мех., теплофизические и др. Свойства угле-, стекло-, органо, боропластиков, термопластичных км.
80. Теплонапряженные узлы ла и дла из пкм. Расчет температурных полей,анализ толщин с учетом и без учета абляции,оценка тепло и термостоикости.
81.Структурные особенности материала и учет их в конструкциях, анализ прочности.
82. Химическая стойкость пкм в конструкциях ла и дла
83. Техническая подготовка производства.
84. Тип производств и его определение.
85.Точечные диаграммы и практические кривые распределения (рассеивания) размеров(погрешностей).
86.Классификация баз. Принципы совмещения баз при постороении операций. Принцип постоянства баз.
87. Погрешности обработки, вызываемые установкой заготовок.
88.Припуски. Максимальный и минимальный припуски.
89.Понятине технологичности. Количественная оценка технологичности. Качественная оценка технологичности.
90. Основные принципы построения технологических процессов.
91 Принципы выбора топлива и формы заряда для конкретной конструкции рдтт
92. Сравнительный анализ характеристик баллиститных и смечевых твердых топлив.
93.Особенности проектирования заряда торцевого горения.
94. Факторы, влияющие на скорость горения твердого топлива
95. Принцип выбора бронирующего покрытия для заряда тт.
96.Типы воспламенительных составов и принципы проектированиявоспламенителей.
97. Технология производства зарядов из смесевых твердых топлив.
98.Технология изготовления зарядов из баллиститных твердых топлив.
99.Технология нанесения бронирующих (от 3 до 8 мм)
100.Технология крепления зарядов твердого топлива в камере сгорания рддт
101.Технология подготовки корпусов рдтт перед их заполнением.
102.Технология производства пиротехнических воспламенительных составов.
109. Назначение и содержание технического задания.
110.Назначение и содержание технического предложения
111. Назначение и содержание эскизного и технического проектов
112.Назначение и содержание программы и методики испытаний.
113.Назначение и содержание правил по обращению.
14.Основные характеристки рдтт
1. Формула Циолковского
где W- эффективная скорость истечения продуктов сгорания из сопла
Q Т - вес заряда
q к =Q 0 -Q T - сухой вес ракеты
2

. Уравнение тяги
Тяга – равнодействующая всех газодинамических сил, действующая на двигатель, как за счёт внутренних баллистических процессов в камере сгорания, так и внешних сил.
Ра = Рн – расчётный режим тяги. В инженерной практике наряду с прямым расчетом тяги есть способ расчета:
, гдеR уд =R/G– удельная тяга – главная энергетическая характеристика РДТТ (тяга, отнесенная к единице массового расхода)
3
. Суммарный импульс:
Удельным (единичным) импульсом ДУ называется отношение I  за полное время работы к общей массе топлива.
15.Компоновка ла
После того определены масса и габаритные размеры размещаемых внутри корпуса агрегатов, грузов и блоков оборудования, переходят к следующему этапу - компоновке Л А - выбор внешних форм и взаимного расположения частей, агрегатов и грузов, размещаемых на ЛА.
Аэродинамическая (внешняя) компоновка ЛА характеризуется взаимным расположением корпуса и несущих поверхностей, создающих подъемную силу (крыльев, рулей, стабилизаторов и дестабилизаторов). Осн-я цель : определение аэродин-х нагрузок.
Объемная (внутренняя) компоновка - размещение всех агрегатов на борту ЛА (ДУ, целевого груза, аппаратуры системы управления, бортовых источников энергии). Должны быть созданы условия для надежной и эффективной работы всех размещаемых на ЛА грузов и оборудования;удобство технического. Обеспечение высокой плотности компоновки, что способствует уменьшению объема и массы ЛА. Должно обеспечено требуемое положения центра масс ЛА.
Конструктивная компоновка характеризуется конструктивно-силовой схемой (КСС) и технологическими решениями, выбор которых обусловлен объемной компоновкой, аэродинамической схемой и внешними нагрузками, действующими на ЛА. Конструктивная компоновка влияет на: прочность и жесткость конструкции ЛА;принимаемые конструктивно-технологические решения и методы изготовления, испытаний, сборки и транспортировки ЛА; членение конструкции ЛА на агрегаты, отсеки и узлы; взаимозаменяемость отдельных элементов конструкции; форму ЛА и габаритные ограничения;на выбор места расположения стыковых узлов.
Компоновка двигательных установок: топливо является расходуемой массой, поэтому его следует размещать вблизи ц.м. Требования к размещению двигателей во многом зависят от их типа и назначения ЛА.Камеры маршевых ЖРД обычно размещаются в хвостовой части корпуса. Нагрузки должны передаваться на силовой набор без деформации обшивки. При установке многокамерных ЖРД (многосопловых РДТТ)необходимо учитывать возникновение обратных конвективных тепловых потоков - горячих газов из сопла,- вызывающих дополнительный нагрев хвостовой части корпуса ЛА.РДТТ могут размещаться в хвостовой, средней и носовой частях корпуса ЛА.Хвостовое размещение РДТТ с конструктивной точки зрения наиболее удобно, однако оно создает наибольшую разбежку центра масс при выгорании топлива.Размещение РДТТ в средней части корпуса ЛА наиболее благоприятно с точки зрения центровки ЛА, однако приводит к необходимости применять в РДТТ боковые сопла, которые создают дополнительные потери в тяге из-за наклона сопел к оси ЛА, либо устанавливать между камерой РДТТ и осевым соплом га-зовод, наличие которого усложняет компоновку оборудования в хвостовых отсеках ЛА и потери .При носовом расположении РДТТ истекающие из носового кольцевого сопла газы омывают весь корпус ЛА, что вызывает его нагрев, а также нарушает работу аэродинамических органов управления.ВРД (ПВРД) устанавливаются обычно внутри корпуса ЛА, реже в специальных гондолах под корпусом или на крыльях.
Компоновка оборудования: необходимо обеспечивать требуемые условия по температуре, давлению и влажности, не допускать чрезмерных тепловых воздействий со стороны двигательной установки и аэродинамического нагрева, вредных электромагнитных наводок от смежно расположенных блоков аппаратуры, не допускать помех для приема и передачи сигналов управления, ограничивать возможные колебания и деформации приборных отсеков.Оборудование обычно комплектуется в блоки, каждый из которых имеет одинаковые условия эксплотации, а не своего целевого назначения. Должен быть обеспечен удобный доступ к оборудованию (люки). Система управления обычно устанавливается вблизи ц.м., т.к. там меньше воздействия на героскопы от колебания конструкции. Радиоэлектронное оборудование, датчики, вычислительные блоки обычно устанавливаются в носовой части ЛА. Антенны радиолокационных головок самонаведения (РЛГСН) закрываются радиопрозрачным обтекателем. Исполнительные элементы (рулевые машины и приводы) должны размещаться вблизи рулей и других органов управления. Бортовые электрические источники питания обычно устанавливаются вблизи основных потребителей энергии. Кабели, соединяющие приборы с источниками питания, а также различные трубопроводы могут прокладываться внутри корпуса ЛА либо в специальном гаргроте.

"

Аэродинамический нагрев конструкции ракеты

Нагрев поверхности ракеты во время ее движения в плотных слоях атмосферы с большой скоростью. А.н. – результат того, что налетающие на ракету молекулы воздуха тормозятся вблизи ее корпуса. При этом происходит переход кинетической энергии относительного движения частиц воздуха в тепловую.

Если полет совершается со сверхзвуковой скоростью, торможение происходит, прежде всего, в ударной волне, возникающей перед носовым обтекателем ракеты. Дальнейшее торможение молекул воздуха происходит непосредственно у самой поверхности ракеты, в т.н. пограничном слое. При торможении молекул воздуха их тепловая возрастает, т.е. температура газа вблизи поверхности повышается. Максимальная температура, до которой может нагреться газ в пограничном слое движущейся ракеты, близка к т. н. температуре торможения: T0 = Тн + v2/2cp, где Тн – температура набегающего воздуха; v – скорость полёта ракеты; cp - удельная теплоёмкость воздуха при постоянном давлении.

Из областей газа с повышенной температурой тепло передаётся движущейся ракете, происходит ее А.н. Существуют две формы А.н. – конвективная и радиационная. Конвективный нагрев – следствие передачи тепла из внешней, «горячей» части пограничного слоя к корпусу ракеты. Количественно удельный конвективный тепловой поток определяют из соотношения: qk = ? (Те - Тw), где Te – равновесная температура (температура восстановления – предельная температура, до которой могла бы нагреться поверхность ракеты, если бы не было отвода энергии); Tw – реальная температура поверхности; ? – коэффициент теплоотдачи конвективного теплообмена, зависящий от скорости и высоты полёта, формы и размеров ракеты, а также от других факторов.

Равновесная температура близка к температуре торможения. Вид зависимости коэффициента? от перечисленных параметров определяется режимом течения в пограничном слое (ламинарный или турбулентный). В случае турбулентного течения конвективный нагрев становится интенсивнее. Это связано с тем обстоятельством, что, помимо молекулярной теплопроводности, существенную роль в переносе энергии начинают играть турбулентные пульсации скорости в пограничном слое.

С повышением скорости полёта температура воздуха за ударной волной и в пограничном слое возрастает, в результате чего происходит диссоциация и ионизация молекул. Образующиеся при этом атомы, ионы и электроны диффундируют в более холодную область – к поверхности тела. Там происходит обратная реакция (рекомбинация), идущая также с выделением тепла. Это даёт дополнительный вклад в конвективный .

При достижении скорости полёта порядка 5 км/сек температура за ударной волной достигает значений, при которых воздух начинает излучать. Вследствие лучистого переноса энергии из областей с повышенной температурой к поверхности ракеты происходит ее радиационный нагрев. При этом наибольшую роль играет излучение в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. При полёте в атмосфере Земли со скоростями ниже первой космической скорости (8,1 км/сек) радиационный нагрев мал по сравнению с конвективным. При второй космической скорости (11,2 км/сек) их значения становятся близкими, а при скоростях полёта 13-15 км/сек и выше, соответствующих возвращению на Землю, основной вклад вносит уже радиационный нагрев, его интенсивность определяется удельным радиационным (лучистым) тепловым потоком: qл = ? ?0 Те4, где? – степень черноты корпуса ракеты; ?0 =5,67.10-8 Вт/(м2.К4) – коэффициент излучения абсолютно черного тела.

Частным случаем А.н. является нагрев ракеты, движущейся в верхних слоях атмосферы, где режим обтекания является свободномолекулярным, т. е. длина свободного пробега молекул воздуха соизмерима или даже превышает размеры ракеты.

Особо важную роль А.н. играет при возвращении в атмосферу Земли космических аппаратов и боевого оснащения управляемых баллистических ракет. Для борьбы с А.н. космические аппараты и элементы боевого оснащения снабжаются специальными системами теплозащиты.

Лит.: Львов А.И. Конструкция, прочность и расчет систем ракет. Учебное пособие. – М.: Военная академия им. Ф.Э.Дзержинского, 1980; Основы теплопередачи в авиационной и ракетной технике. – М., 1960; Дорренс У.Х., Гиперзвуковые течения вязкого газа. Пер. с англ. – М., 1966; Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П., Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений, 2 изд. - М., 1966.

Норенко А.Ю.

Энциклопедия РВСН . 2013 .

В полете на АУТ конструкция корпуса ракеты испытывает аэродинамический нагрев. Оболочки топливных отсеков дополнительно нагреваются при газогенераторном наддуве температура нагрева может достигать 250-300 оС. При вычислении запасов прочности и устойчивости механические характеристики материала (предел прочности и модуль упругости) принимаются с учетом нагрева конструкции.

На рисунке 1.3 представлена принципиальная схема нагружения топливного отсека. К опорным обечайкам (переходникам) приложены осевые силы; поперечные силы и изгибающие моменты; на днища и цилиндрические оболочки баков воздействуют внутреннее избыточное давление наддува pн и гидростатическое давление, определяемое высотой столба жидкости Н и величиной осевой перегрузки nx1. На рисунке 1.3 также изображена эпюра осевых усилий, возникающих в поперечных сечениях топливного отсека. Здесь воздействие момента изгибающего приведено к дополнительной осевой силе сжатия Δ N, которая подсчитывается по максимальной величине нормальных напряжений в сжатой панели:

Здесь W=pR2h - момент сопротивления поперечного сечения цилиндрической оболочки топливного бака. При Fсеч=pDh эквивалентная осевая сила DN=4M/D.

Сила осевого распора от действия давления наддува дает свою составляющую продольной силы. При этом в верхнем баке результирующая сила NS имеет положительную величину (рисунок 1.3), т.е. цилиндрическая оболочка этого бака будет испытывать растяжение в осевом (меридиональном) направлении (от давления наддува). Эту оболочку нужно проверять только на прочность.

Рисунок 1.3 - Принципиальная схема нагружения топливного отсека.

У нижнего бака цилиндрическая оболочка работает на продольное сжатие, поэтому, помимо проверки прочности, ее нужно проверять на устойчивость. Несущая способность этой оболочки будет определяться суммой критической нагрузки и силы осевого распора

, (1.4)

а с учётом составляющей от изгиба

(1.5)

Определение входящей в это выражение величины критического напряжения является наиболее ответственной задачей при проверке устойчивости продольно-сжатой тонкостенной цилиндрической оболочки топливного бака

Теоретической основой для разработки методов оценки несущей способности тонкостенных конструкций корпусов жидкостных ракет является теория устойчивости упругих оболочек.

Первые решения данной задачи относятся к началу века. В 1908-1914 гг. независимо друг от друга Р. Лоренц и С.П. Тимошенко получили фундаментальную формулу для определения критических напряжений продольно-сжатой упругой цилиндрической оболочки:

(1.6)

Эта формула определяет верхнюю границу критических напряжений гладких (изотропных), идеальных по форме цилиндрических оболочек. Если коэффициент Пуассона принята m=0,З, то формула (1.6) получит вид:

(1.7)

Приведенные формулы получены при жестких допущениях идеальности формы и безмоментности докритического состояния упругой цилиндрической оболочки, характерных для классической постановки задач устойчивости. Они позволяют оценить верхнюю границу несущей способности продольно-сжатых тонкостенных цилиндрических оболочек средней длины. Поскольку вышеуказанные допущения в практике не реализуются, то действительные критические напряжения, наблюдаемые при испытаниях цилиндрических оболочек на осевое сжатие, значительно ниже (в 2 раза и более) верхних значений. Попытки разрешить это противоречие привели к созданию нелинейной теории устойчивости оболочек (теории больших прогибов).

Первые решения рассматриваемой задачи в нелинейной постановке дали обнадеживающие результаты. Были получены формулы, определяющие так называемую нижнюю границу устойчивости. Одна из таких формул:

(1.8)

длительное время использовалась для практических расчетов.

В настоящее время преобладает мнение, что при оценке устойчивости реальных конструкций следует ориентироваться на критическую нагрузку, определенную с учетом влияния начальных неправильностей формы с помощью нелинейной теории. Однако и в данном случае можно получить только ориентировочные значения критических нагрузок, поскольку влияния неучтенных факторов (неравномерность нагружения, разброс механических характеристик материалов и др.), случайных по своей природе, для тонкостенных конструкций вносит заметную погрешность. В этих условиях при оценке несущей способности разрабатываемых ракетных конструкций в проектных организациях предпочитают ориентироваться на результаты экспериментальных исследований.

Первые массовые эксперименты по изучению устойчивости продольно-сжатых тонкостенных цилиндрических оболочек относятся к 1928-1934 гг. С тех пор был накоплен значительный материал, неоднократно обсуждавшийся с целью получения рекомендаций для нормирования параметра критической нагрузки, обсуждаются эмпирические зависимости, предложенные различными авторами для назначения параметра . В частности, для тщательно изготовленных оболочек рекомендуется формула, полученная американскими учеными (Вайнгартен, Морган, Сейд) на основе статистической обработки результатов экспериментальных исследований, опубликованных в зарубежной литературе до 1965 г.

(1.9)

Целью проверки устойчивости топливного бака жидкостной ракеты является определение работоспособности корпуса бака при действии внешних нагрузок, вызывающих продольное сжатие цилиндрической оболочки бака. В соответствии с нормами прочности надежность конструкции будет обеспечена, если ее несущая способность, с учетом влияния нагрева на критические напряжения sкр, будет равна или больше расчетной величины приведенной осевой нагрузки, т.е. будет выполнено условие, определяющее запас устойчивости по несущей способности

, (1.10)

Расчетная несущая способность N p определяется с учетом коэффициентов безопасности f:cогласно выражения (1.5),

Расчет запаса устойчивости цилиндрической оболочки топливного бака может быть выполнен путем сравнения напряжений

(1.12)

где s 1р - расчетная величина продольных (меридиональных) напряжений сжатия

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ НАГРЕВ

Нагрев тел, движущихся с большой скоростью в воздухе или др. газе. А. н.- результат того, что налетающие на тело молекулы воздуха тормозятся вблизи тела. Если полёт совершается со сверхзвук. скоростью, торможение происходит прежде всего в ударной волне, возникающей перед телом. Дальнейшее торможение молекул воздуха происходит непосредственно у самой поверхности тела, в т. н. пограничном слое. При торможении потока молекул воздуха энергия их хаотического (теплового) движения возрастает, т. е. темп-pa газа вблизи поверхности движущегося тела повышается. Макс. темп-pa, до к-рой может нагреться газ в окрестности движущегося тела, близка к т. н. темп-ре торможения: Т0= Tн+v2/2cp, где Тн - темп-pa набегающего воздуха, v - скорость полёта тела, ср- уд. теплоёмкость газа при пост. давлении. Так, напр., при полёте сверхзвук. самолёта с утроенной скоростью звука (ок. 1 км/с) темп-pa торможения составляет ок. 400°С, а при входе косм. аппарата в атмосферу Земли с 1-й косм. скоростью (ок. 8 км/с) темп-ра торможения достигает 8000°С. Если в первом случае при достаточно длит. полёте темп-pa обшивки самолёта может быть близка к темп-ре торможения, то во втором случае поверхность косм. аппарата неминуемо начнёт разрушаться из-за неспособности материалов выдерживать столь высокие темп-ры.

Из областей газа с повыш. темп-рой теплота передаётся движущемуся телу, происходит А. н. Существуют две формы А. н.- конвективная и радиационная. Конвективный нагрев - следствие передачи теплоты из внешней, «горячей» части пограничного слоя к поверхности тела посредством мол. теплопроводности и переноса теплоты при перемещении макроскопич. элементов среды. Количественно конвективный тепловой поток qk определяют из соотношения: qk=a(Те-Tw), где Tе- равновесная темп-pa (предельная темп-pa, до к-рой могла бы нагреться поверхность тела, если бы не было отвода энергии), Tw- реальная темп-ра поверхности, а - коэфф. конвективного теплообмена, зависящий от скорости и высоты полёта, формы и размеров тела, а также от др. факторов. Равновесная темп-pa Tе близка к темп-ре торможения. Зависимость коэфф. a от перечисленных параметров определяется режимом течения в пограничном слое (ламинарный или турбулентный). В случае турбулентного течения конвективный нагрев становится интенсивнее. Это связано с тем, что, помимо мол. теплопроводности, существенную роль в переносе энергии начинают играть турбулентные пульсации скорости в пограничном слое.

С увеличением скорости полёта темп-ра воздуха за ударной волной и в пограничном слое возрастает, в результате чего происходит диссоциация и ионизация молекул. Образующиеся при этом атомы, ионы и эл-ны диффундируют в более холодную область - к поверхности тела. Там происходит обратная реакция (рекомбинация), идущая с выделением теплоты. Это даёт дополнит. вклад в конвективный А. н.

При достижении скорости полёта =5000 м/с темп-pa за ударной волной достигает значений, при к-рых газ начинает излучать энергию. Вследствие лучистого переноса энергии из областей с повыш. темп-рой к поверхности тела происходит радиац. нагрев. При этом наибольшую роль играет излучение в видимой и УФ областях спектра. При полёте в атмосфере Земли со скоростями ниже 1-й космической радиац. нагрев мал по сравнению с конвективным. При 2-й косм. скорости (11,2 км/с) их значения становятся близкими, а при скоростях полёта 13-15 км/с и выше, соответствующих возвращению объектов на Землю после полёта к др. планетам, осн. вклад вносит уже радиац. нагрев.

А. н. играет важную роль при возвращении в атмосферу Земли косм. аппаратов. Для борьбы с А. н. летат. аппараты оснащаются спец. системами теплозащиты. Существуют активные и пассивные методы теплозащиты. В активных методах газообразный или жидкий охладитель принудительно подаётся к защищаемой поверхности и берёт на себя осн. часть поступающей к поверхности теплоты. Газообразный охладитель как бы загораживает поверхность от воздействия высокотемпературной внеш. среды, а жидкий охладитель, образующий на поверхности защитную плёнку, поглощает подходящую к поверхности теплоту за счёт нагревания и испарения плёнки, а также последующего нагрева паров. В пассивных методах теплозащиты воздействие теплового потока принимает на себя спец. образом сконструированная внеш. оболочка или спец. покрытие, наносимое на осн. конструкцию. Радиационная теплозащита основана на применении в кач-ве внеш. оболочки материала, сохраняющего при высоких темп-pax достаточную механич. прочность. В этом случае почти весь тепловой поток, подходящий к поверхности такого материала, переизлучается в окружающее пр-во.

Наибольшее распространение в ракетно-косм. технике получила теплозащита с помощью разрушающихся покрытий, когда защищаемая конструкция покрывается слоем спец. материала, часть к-рого под действием теплового потока может разрушаться в результате процессов плавления, испарения, сублимации и хим. реакций. При этом осн. часть подходящей теплоты расходуется на реализацию разл. физ.-хим. превращений. Дополнительный заградит. эффект имеет место за счёт вдува во внеш. среду сравнительно холодных газообразных продуктов разрушения теплозащитного материала. Пример разрушающихся теплозащитных покрытий - стеклопластики и др. пластмассы на органич. и кремнийорганич. связующих. В кач-ве средства защиты летательных аппаратов от А. н. применяются также углерод-углеродные композиц. материалы.

- в градостроительстве - нормативный коэффициент ветрового давления или лобового сопротивления поверхности конструкции, здания или сооружения, на который умножают скоростной напор ветра для получения статической...
Строительный словарь
- первое в России научно-исследовательское учреждение для проведения исследований по теоретической и экспериментальной аэродинамике...
Энциклопедия техники
- расчёт движения летательного аппарата как материальной точки в предположении, что выполняется условие равновесия моментов...
Энциклопедия техники
- совокупность мероприятий и методов, реализующих на экспериментальных установках и стендах или в условиях полёта моделирование течений воздуха и взаимодействия течений с исследуемым...
Энциклопедия техники
- область вихревого течения за летящим самолётом или другим летательным аппаратом...
Энциклопедия техники
- повышение темп-ры тела, движущегося с большой скоростью в воздухе или др. газе. А. и.- результат торможения молекул газа вблизи поверхности тела. Так, при входе космич...
Естествознание. Энциклопедический словарь
- Аэродинамические сила и момент...
- нагрев тел, движущихся с большой скоростью в воздухе или другом газе. А. н. - результат того, что налетающие на тело молекулы воздуха тормозятся вблизи тела. Если полет совершается со...
Большая Советская энциклопедия
- ...
Слитно. Раздельно. Через дефис. Словарь-справочник
- ...
Орфографический словарь русского языка
- АЭРОДИНА́МИКА, -и, ж. Раздел аэромеханики, изучающий движение воздуха и других газов и взаимодействие газов с обтекаемыми ими телами...
Толковый словарь Ожегова
- АЭРОДИНАМИ́ЧЕСКИЙ, аэродинамическая, аэродинамическое. прил. к аэродинамика...
Толковый словарь Ушакова
- аэродинами́ческий прил. 1. соотн. с сущ. аэродинамика, связанный с ним 2...
Толковый словарь Ефремовой
- ...
Орфографический словарь-справочник
- аэродинам"...
Русский орфографический словарь
- ...
Формы слова

"АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ НАГРЕВ" в книгах

Высокочастотный нагрев

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ВЫ) автора БСЭ

Аэродинамический момент

БСЭ

Аэродинамический нагрев

Из книги Большая Советская Энциклопедия (АЭ) автора БСЭ

Диэлектрический нагрев

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ДИ) автора БСЭ

Индукционный нагрев

БСЭ

Инфракрасный нагрев

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ИН) автора БСЭ

Нагрев металла

Из книги Большая Советская Энциклопедия (НА) автора БСЭ

След аэродинамический

Из книги Большая Советская Энциклопедия (СЛ) автора БСЭ

7.1.1. РЕЗИСТИВНЫЙ НАГРЕВ

автора Коллектив авторов

7.1.1. РЕЗИСТИВНЫЙ НАГРЕВ Начальный период. Первые эксперименты по нагреву проводников электрическим током относятся к XVIII в. В 1749 г. Б. Франклин (США) при исследовании разряда лейденской банки обнаружил нагрев и расплавление металлических проволочек, а позднее по его