© 2003 Г. П. Аншаков1, В. С. Асланов2, В. Л. Балакин2, А. В. Дорошин2, А. С. Квашин1, Г. Е. Круглое1, В. В. Юдинцев1
1- Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ - Прогресс", г. Самара
2- Самарский государственный аэрокосмический университет
Рассматриваются динамические процессы в таких ракетно-космических системах, как ракеты-носители (РН) и боковые блоки, малые спускаемые аппараты (СА) с двойным вращением, а также в рабочих элементах ракетно-космических средств, например систем отделения, систем раскрытия солнечных батарей и антенн без учета и с учетом упругости подвесов. Строятся математические модели движения, проводится анализ динамических процессов и синтез параметров в системах отделения боковых блоков, головных обтекателей РН и панелей солнечных батарей,- СА с двойным вращением рассматривается как механическая система соосных тел переменной массы с линейными законами изменения массы и моментов инерции при малых относительных смещениях центра масс.
1. Исследование динамических процессов в системах отделения боковых блоков РН типа "СОЮЗ".
Система отделения боковых блоков должна обеспечивать отделение и увод отработавших блоков на безопасное расстояние от центрального блока (ЦБ). Это обеспечивается комплексом средств, которые создают необходимые силы, и системой управления (рис. 1). Для отделения бокового блока (ББ) используются сила тяги двигательной установки ББ, а также реактивные сопла баков окислителя и горючего, которые создают силы, тормозящие ББ в процессе своего движения. В носовой части ББ установлен контакт разделения (КР), срабатывающий при заданном перемещении носовой части относительно ЦБ.
Процесс отделения ББ можно разделить на два этапа: подготовительный и основной (рис. 2). На подготовительном этапе при достижении РН необходимой скорости в соответствии с программой управления подается команда на снижение тяги основного двигателя ББ до 84% от своего номинального значения. Затем выполняется команда на выключение рулевых камер ББ и приведение рулей ББ в нейтральное положение. Через некоторое время происходит разрыв нижних силовых связей - момент времени tK с (команда на разрыв связей). С этого времени РН превращается в систему пяти взаимодействующих тел, и именно с этого момента начинается движение ББ относительно ЦБ, что определяет основной этап. Тяга двигателей ББ создает момент относительно верхнего узла связи, в результате чего ББ разворачиваются относительно ЦБ. После выключения основного двигателя ББ они начинают отставать от ЦБ и при перемещении верхнего узла связи более чем на 5 мм срабатывает КР и выдается команда на открытие реактивного сопла бака окислителя (момент времени t .), которое создает силу, отводящую носовую часть от ББ.
Рис. 1. Средства обеспечения отделения боковых блоков РН типа "Союз"
Рис. 2. Циклограмма работы системы отделения ББ
Работа системы отделения определяет характер движения ББ. Весь процесс отделения с момента разрыва нижних силовых связей можно разделить на несколько участков, основываясь на характере взаимодействия ББ с ЦБ. На первом участке происходит поворот ББ относительно ЦБ вокруг верхнего узла связи. Первый участок продолжается до того момента, когда тяга основного двигателя ББ становится недостаточной для создания усилия, удерживающего ББ на ЦБ, и ББ отстает от ЦБ. Носовая часть ББ скользит по поверхности ЦБ - это движение характеризует второй участок, который заканчивается в момент отрыва носовой части ББ от ЦБ после открытия реактивного сопла бака окислителя. Команда на открытие реактивного сопла бака окислителя подается после перемещения шаровой опоры на определенное расстояние. Далее происходит свободное движение ББ.
Для построения уравнений движения ББ в процессе отделения предполагается, что тела, входящие в систему, являются абсолютно твердыми; инерционно-массовые и центровочные характеристики ББ и ЦБ постоянны; гравитационное поле Земли считается плоскопараллельным. Уравнения движения системы записываются на основе основных уравнений динамики, т. к. необходим контроль величин реакций связей для определения моментов времени, соответствующих их разрывам. Уравнения движения в матричной форме имеют вид:
m,a, =F,+N/0;
m0a0=FQ+N0,;
J,s, = М, + М,0 + М (N J - w, JLto,;
J0£0 = M0 + M0, + M (N0,) - ю0 J0<o0;
M,0=-M0„N,0=-N0,; (1.1)
Источник - "Вестник Самарского Государственного Аэрокосмического университета имени Академика С.П. Королёва" Выпуск №1, печатная версия.
Полную версию статьи со всеми чертежами, формулами и приложениями см. в печатной версии журнала.