Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов - Афанасьев В.А.
ISBN 5-7035-0318-3
Скачать (прямая ссылка):
рактеризуются нормальной и касательной составляющими давления.
Основная часть аэродинамической нагрузки действует на головную часть корпуса. На расстоянии двух-трех диаметров от места стыка конической части с цилиндрической подъемная сила при малых углах атаки практически уже не действует.
Акустическое воздействие связано с возбуждением сильных колебаний среды в диапазоне звуковых частот. Источником акустических колебаний являются, например, различного рода шумы, создаваемые работой двигателей.
Интенсивность шума, создаваемого струей реактивного двигателя, пропорциональна ее средней скорости в степени от 6 до 8. При этом акустическая мощность составляет 0,4 — 0,8% от механической мощности двигателя. Отсюда следует, что с увеличением тяги двигателя КЛА возможно пропорциональное увеличение суммарного уровня акустической нагрузки на поверхность их корпуса. Когда эти уровни превышают 150 дБ, воздействие акустических нагрузок оказывает существенное влияние на режимы вибрации элементов конструкции КЛА.
Напряжения в конструкции в основном определяются видом амплитудно-частотной характеристики конструкции. Поэтому отдельные элементы имеют наибольшие колебания с собственными частотами. Колебания могут существенно увеличиваться из-за механической передачи энергии с одной поверхности на другую.
Основным источником нагревания конструкции КЛА в сверхзвуковом полете является ударный и пограничный слой, где кинетическая энергия потока, движущегося с большой скоростью относительно поверхности КЛА, преобразуется в теплоту по мере того, как относительная скорость движения воздуха в пограничном слое уменьшается до нуля. Повышение температуры газа приводит к нагреванию поверхности и дальнейшему распространению теплоты внутрь конструкции. Это явление называется аэродинамическим нагреванием. В полете КЛА нагревается также за счет теплоты, выделяющейся при работе двигательной установки и электронного оборудования, за счет излучения Земли, Солнца и при скоростях свыше 10 км/с — за счет излучения газов ударного слоя. Однако эти источники нагревания для КЛА, совершающих полет со сверхзвуковыми скоростями в пределах атмосферы, имеют второстепенное значение. Одновременно с нагреванием конструкции происходит рассеивание тепловой энергии излучением с нагретой поверхности КЛА в окружающее пространство. Вследствие этого тепловой поток в конструкцию уменьшается.
46
При числах М - 7, когда температура торможения воздуха достигает примерно 2000 К, колебания атомов в молекулах становятся столь значительными по амплитуде, что молекулы начинают распадаться на атомы — диссоциировать. Этот процесс сопровождается поглощением большого количества теплоты. Так, например, для гиперзвуковых скоростей полета при М >7 при определении температур торможения необходимо учитывать диссоциацию молекул воздуха.
Разделение факторов воздействия окружающей среды на естественные и искусственные позволяет рассмотреть нагрузки с точки зрения влияния их на работоспособность систем КЛА в период эксплуатации. Нагрузки, действующие на конструкцию КЛА и его системы, можно разделить на две группы:
— основные воздействия, на которые система должна реагировать (порывы ветра, температура КЛА и т.д.);
— вредные воздействия, на которые система не должна реагировать (вибрации, удары, центробежные и линейные ускорения и т.п.). Эти воздействия называют также дестабилизирующими факторами, нарушающими нормальную работу систем.
Такое распределение основывается не на физической природе нагрузки, а на отношении к этой нагрузке различных систем, так как воздействие одной и той же нагрузки для одной системы может рассматриваться как полезное действие, а для другой — как вредное, дестабилизирующее ее работу. Так, например, механические нагрузки, связанные с порывами ветра, можно рассматривать как основные для автопилота и как вредные, дестабилизирующие для других систем.
Распределение воздействий важно с точки зрения установления очередности испытаний систем, так как в первую очередь необходимо испытывать систему при воздействии основных факторов и только затем испытывать систему и выявлять характер ее поведения при воздействии вредных, дестабилизирующих факторов.
Если рассматривать влияние внешних силовых нагрузок с точки зрения влияния их на напряженно-деформированное состояние частей конструкции ЛА и на значения соответствующих внутренних усилий, определяющих силовое взаимодействие частей конструкции между собой, то по характеру распределения все нагрузки могут быть разделены на поверхностные и массовые (объемные).
Поверхностные нагрузки распределяются на поверхности элементов конструкции и характеризуются давлением или значением равнодействующей силы. Массовые нагрузки распределяются по объему элементов конструкции и пропорциональны плотности их материала. Значения массовых нагрузок обычно характеризуются коэффициентом перегрузки. Основным источником массовых (инерционных) нагрузок для отдельных элементов и даже частей (агрегатов) конструкции ЛА является вибрация (общие или местные ускорения колебательного характера).
