Для того, чтобы стать профессионалом в области проектирования ракет-носителей необходимо очень усердно работать, однако фундаментом служит углублённое обучение в вузе. Важным этапом обучения является выполнение профильного курсового и дипломного проектов.
В ходе курсового и дипломного проектирования по курсу "Проектирование ракет-носителей и их комплексов" студент должен на практике применить полученные знания по определению облика ракеты-носителя (РН) как части единого космического ракетного комплекса, обосновать её основные проектно-конструкторские параметры, обеспечивающие выполнение поставленных в задании тактико-технических требований.
Вот решил написать небольшую памятку как выполнять курсовой проект по проектированию ракет-носителей.
Общий объём работ при выполнении курсового проекта включает:
Изучение проектируемого типа РН, состава тактико-технических требований на неё, обоснование выбора проектно-конструкторских параметров и констант. На этой же стадии исследуется ряд критериев совершенства, определяющий выбор наилучшего варианта РН из исследуемых. Также исследуется взаимосвязь выбранного критерия совершенства с проектно-конструкторскими и лётно-техническими характеристиками РН. На стадии курсового проектирования рекомендуется в качестве критерия совершенства рассматривать относительную массу полезного груза, а на стадии дипломного проектирования рассмотреть стоимость изготовления или пуска.
Для большей достоверности выбора исходных данных для проектирования рекомендуется изучение аналогов и прототипов РН с близкими, или характерными для данного типа РН характеристиками.Проведение проектного анализа по выбору проектных параметров и проектно-конструкторских характеристик, основанного на исследовании связи проектных параметров и их лётно-технических характеристик с величиной критерия совершенства РН. В зависимости от проектируемого типа РН и математической модели, используемой для расчётов, а также многообразия предполагаемых альтернативных вариантов расчёта - проводится выбор упрощённой модели определения рациональной совокупности проектных параметров, построения и обоснования итерационных и оптимизационных циклов расчета. На основе укрупнённых статистических зависимостей по отдельным агрегатам и системам РН формируются списки исходных и входных данных, включающие в себя границы области изменения основных проектных параметров, дискретный шаг изменения каждого из параметров, информацию по схеме РН, статистические массовые характеристики систем РН, вид критерия совершенства РН (системы или комплекса).
Полученная в результате расчётов на компьютере (или вручную) числовая информация представляется в виде графиков и таблиц. На основе этой информации проектант выбирает расчётную точку наилучшего варианта первого приближения РН по задаваемому критерию совершенства. В окрестности выбранной оптимальной расчётной точки проводится расчёт производных полезного груза по основным проектным параметрам, чтобы найти чувствительность (т.е. степень риска) выбранного решения к изменению проектных параметров и конструктивных характеристик РН, а также для уточнения массовой сводки РН на втором и последующих приближениях.Составление по выбранной совокупности основных проектных параметров предварительной массовой сводки РН по ступеням. Определяются потребные тяги двигателей (пустотные и на уровне моря) ступеней. Если в тактико-техническом задании требуется использовать на той или иной ступени стандартные двигатели из каталога, то необходимо уточнить изменение, таких проектных параметров, как тяговооружённость и удельные импульсы ступеней. Разрабатывается предварительная компоновочная схема ракеты-носителя космического назначения (РКН).
Взяв за основу массовую сводку первого приближения, определяется уточнённая массовая сводка систем и агрегатов РН. Необходимо отметить, что составление уточнённой массовой сводки требует проведения предварительного анализа компоновки проектируемой РН, а именно выбора схемы двигательной установки, системы управления, системы подачи компонентов топлива в двигатель, аэродинамических компоновок РН, конструктивно-силовой схемы и пр.
Массовая сводка РКН, включая веса двигательных установок, уточнённые удельные импульсы и тяги двигателей должны быть далее использованы для уточнения безразмерных массовых и энергетических характеристик, служащих исходной информацией для определения оптимальных проектных параметров РН второго приближения.Проведение проектного анализа по выбору оптимальных основных проектных параметров второго приближения. Входной информацией на этом этапе проектирования служат уточненные безразмерные массовые и энергетические характеристики. На основе уточнённых расчётов проектант выбирает окончательную совокупность основных проектных параметров. По результатам расчётов должны быть сделаны выводы о физических причинах смещения (если оно произошло) проектной точки второго приближения от первоначального проектного решения.
Составление окончательной массовой сводки систем и агрегатов РКН по блокам. На основе масс потребных рабочих заправок компонентов топлива и компоновочной схемы РН проводится определение объёмных характеристик топливных отсеков блоков РН. Определяются габаритные характеристики двигательных установок, отсеков для размещения полезного груза, системы управления, хвостовых и переходных отсеков, гаргротов и т.д.
Проработка конструктивно-компоновочной и силовой схемы РКН, т.е. создание теоретического чертежа РКН с взаимоувязкой как функциональной, так и силовой схем, систем и агрегатов. Ракета-носитель вместе с космической головной частью изображается в комплектации на момент отрыва от стартового сооружения. Количество видов, сечений и разрезов должно обеспечить достаточно полную информацию о взаимоувязке систем, с учетом взаимодействия РН со стартовым комплексом и обслуживающим оборудованием. Чертёж оформляется согласно требованиям ЕСКД с нанесением габаритных и установочных размеров. На чертеже указывается также положение центра масс заправленной РКН и положение центра масс на момент окончания работы двигателей первой ступени.
Расчеты центровки РКН, проводимые на основе габаритно-массовых проработок и компоновочного чертежа РКН. Данные центровочных расчётов определяются на момент начала и окончания работы двигательных установок ступеней. По разбегу центра масс в период работы двигательной установки первой ступени должен быть сделан вывод о целесообразности применённых органов управления ступени и, следовательно, о рациональности выбранной конструктивно-компоновочной схемы изделия в целом.
Описание характеристик и особенностей функционирования выбранных для РН систем наддува и подачи компонентов топлива в двигательную установку, заправки и опорожнения топливных баков, систем разделения. Описание должно сопровождаться необходимыми схемами функционирования с указанием расчётных случаев и особенностей применения.
Окончательное оформление конструктивно-компоновочной и силовой схемы РКН, схемы деления КРК и РКН, схемы транспортирования и подготовки к пуску, схемы связей с наземной инфраструктурой, схемы РКН на пусковом устройстве, циклограммы работы ДУ и схемы выведения.
Оформление пояснительной записки, содержащей задание на проектирование, результаты проработок и расчётов, необходимые таблицы, схемы, графики, чертежи и описания. Протокол расчётов траекторных характеристик помещается в приложении.
В общем виде последовательность вычислительных работ представлена на схеме:
Пример этапов предварительной увязки компоновочной и конструктивно-силовой схемы:
Пример оформления укрупнённой массово-энергетической сводки:
Пример оформления уточнённой сводки массовых характеристик:
Составляющие масс | Приближение | |||||
1 | 2 | 3 | ||||
Ступень | ||||||
1 | 2 | 1 | 2 | 1 | 2 | |
1. Масса ступеней: | | |
| | | |
— заправленная | | | | | | |
— стартовая | | | | | | |
— конечная | | | | | | |
2. Масса ступеней: | | | | | | |
— заправленная | | | | | | |
— стартовая | | | | | | |
— конечная | | | | | | |
— сухая | | | | | | |
3. Масса заправляемых компонентов топлива | | | | | | |
| Массовая сводка по блокам | |||||
1. Корпус: | | | | | | |
— топливный отсек | | | | | | |
— переходные отсеки | | | | | | |
— хвостовой отсек | | | | | | |
— гаргрот | | | | | | |
— окраска | | | | | | |
2. Двигательная установка: | | | | | | |
— двигатели маршевые (залитые) | | | | | | |
— элементы конструкции | | | | | | |
— системы наддува | | | | | | |
— рама вместе с экраном | | | | | | |
— рулевые двигатели | | | | | | |
— элементы систем ДУ, устанавливаемые в топливных отсеках | | | | | | |
— прочие агрегаты ДУ | | | | | | |
3. Заправляемые запасы: | | | | | | |
— компоненты топлива | | | | | | |
— рабочий запас | | | | | | |
— гарантийный запас | | | | | | |
— невырабатываемые остатки | | | | | | |
— запас топлива на наддув в полёте | | | | | | |
— достартовый расход | | | | | | |
— рабочее тело наддува (не являющееся компонентом топлива) | | | | | | |
— наддув перед стартом | | | | | | |
— наддув в полёте | | | | | | |
4. Оборудование: | | | | | | |
— система управления | | | | | | |
— телеметрическое оборудование | | | | | | |
— коммуникации (бортовая кабельная сеть) | | | | | | |
5. Разное: | | | | | | |
— крепёжные узлы и детали | | | | | | |
— стабилизаторы | | | | | | |
— органы разделения | | | | | | |
— неучтённые элементы | | | | | | |
При выполнении дипломного проекта дополнительно включают:
Проведение аэродинамических расчётов.
Расчёты нагрузок на РКН и отсеки.
Конструкторскую проработку отсека или агрегата.
Схему технологического членения РКН и технологическую проработку изготовления РКН, отсека, агрегата или детали.
Оценку экономики производства и пуска РКН.
Материалы, представленные в данной статье составлены на базе методических и учебных материалов, разработанных на 601 кафедре МАИ в 1975-1985 годах при участии ведущих специалистов ЦБКЭМ (РКК "Энергия") и Филиала №1 ЦКБМ (КБ "Салют"). По моему опыту данная схема работ не потеряла свою актуальность и на сегодняшний день, поменялись только инструменты.
Надеюсь, статья будет интересна студентам, обучающимся по профильной специальности.
