Учебное пособие. — Самара: Изд-во Самар, гос. аэрокосм. ун-та,
2012. — 240 с.
Рассматриваются методические вопросы автоматизации проектирования и
конструирования летательных аппаратов. Проведён обзор методов и
средств информационной поддержки проектирования изделий
ракетно-космической техники. Обсуждаются методические вопросы
постановки и решения задач математического программирования при
проектировании летательных аппаратов. Приведены основные
соотношения теории ракетного движения, анализируется взаимосвязь
летно-технических, критериальных и основных проектных характеристик
ракет-носителей (РН). Рассматриваются методики расчета
характеристической скорости, выбора топлива, стартовой массы и
количества ступеней РН, вопросы оптимального распределения масс
ракетных блоков по ступеням РН при различных схемах соединения
ракетных блоков. Обсуждаются вопросы определения объемно-габаритных
характеристик и построения компоновочной схемы, методики расчета
масс основных элементов конструкции и определения массоинерционных
и центровочных характеристик проектируемых РН, вопросы
автоматизации проектирования и разработки моделей РН в системе
твёрдотельного моделирования.
Учебное пособие предназначено студентам, изучающим в девятом и десятом семестрах дисциплину «Основы автоматизированного проектирования» по направлению подготовки (специальности) 160400 «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов» (квалификация (степень) "специалист"), специализация 160400.1.65 «Ракетные транспортные системы». Может быть полезно молодым специалистам ракетно-космической отрасли. Содержание
Список сокращений
Введение
Общие вопросы автоматизации проектных работ при создании летательных аппаратов
Обзор современных информационных технологий поддержки жизненного цикла изделий
Необходимость в информационной поддержке жизненного цикла изделий
Возникновение концепции CALS и ее эволюция
Технологии представления данных
Особенности CAD/CAM/CAE – систем на базе Windows
PDM-технология
PDM-система
PDM-система как рабочая среда каждого сотрудника предприятия
Управление хранением данных и документов
Управление процессами
Управление составом изделия
Классификация
Календарное планирование
Вспомогательные функции
Принципы реализации PDM-систем
Производители PDM-систем
Задачи математического программирования
Пример постановки однокритериальной задачи
Методы решения задач математического программирования
Многокритериальные задачи
Сведение многокритериальных задач к однокритериальным
Выделение «главного критерия»
Выбор комплексного критерия
Основные положения теории ракетного движения
Структура многоступенчатой ракеты
Относительные характеристики масс составных частей ракеты
Функциональная связь между относительными характеристиками масс составных частей ракеты
Характеристические скорости ракеты
Удельный импульс
Влияние атмосферного давления на тягу ракетного двигателя
Скорость ракеты с учетом реальных условий полета
Типовая приближенно-оптимальная программа изменения угла наклона траектории ракеты
Уравнения движения РН для поверочных расчётов
Характеристики и основные проектные параметры ракет-носителей
Характеристики ракет-носителей
Основные проектные параметры ракеты
Выбор основных проектных параметров ракеты
Основные проектные параметры, полученные из анализа идеальной скорости ракеты
Основные проектные параметры, полученные из анализа потери скорости ракеты от действия гравитационных сил
Основные проектные параметры, полученные из анализа потери скорости ракеты от действия аэродинамических сил
Основные проектные параметры, полученные из анализа потери скорости ракеты от действия сил, возникающих при изменении давления воздуха на срезе сопла ракетного двигателя
Основные проектные параметры многоступенчатых ракет-носителей
Сопоставление значений потерь скорости ракеты
Определение характеристической скорости ракеты-носителя
Методы расчета характеристической скорости ракет-носителей
Статистические данные по характеристической скорости ракет-носителей
Структура формулы для расчета характеристической скорости ракет-носителей
Расчет скорости на опорной орбите
Определение недобора характеристической скорости для затопления ракетного блока верхней ступени РН в акватории мирового океана
Расчет приращения скорости для перевода КА с опорной орбиты на эллиптическую орбиту
Расчет приращения скорости для перевода КА с эллиптической орбиты на высокую круговую орбиту
Расчет приращения скоростей для перевода КА с высокой круговой орбиты на эллиптическую орбиту и с эллиптической орбиты на низкую круговую орбиту
Расчет приращения скорости для изменения плоскости орбиты
Старт к Луне и планетам
Старт к Луне
Старт к планетам
Выбор топлива при проектировании ракет
Характеристики ракетного топлива
Критерии выбора топлива
Выбор топлива с учетом влияния средней плотности и удельного импульса на стартовую массу РН
Выбор топлива по комплексному критерию эффективности
Оптимальное распределение массы ракеты-носителя по ступеням и расчет стартовой массы ракеты
Постановка и решение задачи оптимального распределения массы ракеты-носителя по блокам методом неопределенных множителей Лагранжа
Постановка задачи
Решение задачи
Постановка и решение задач оптимального распределения массы ракеты-носителя по блокам численными методами
Схема с последовательным соединением ракетных блоков
Схема с параллельным соединением ракетных блоков типа "пакет без перелива"
Схема с параллельным соединением ракетных блоков типа "пакет с переливом"
Схема "трехступенчатый пакет"
Особенности расчета масс ракетных блоков с использованием различных компонентов топлива
Методика и алгоритм решения задач на условную оптимизацию в системе Mathcad
Выбор количества ступеней ракеты-носителя
Выбор количества ступеней ракеты по критерию минимума стартовой массы
Выбор количества ступеней ракеты-носителя из условия функционального назначения ракетных блоков
Определение предварительных объемно-габаритных характеристик ракет-носителей
Определение объёма ракеты-носителя и её составных частей
Объем головного обтекателя
Объем приборных отсеков
Объем топливных отсеков
Объем хвостовых и переходных отсеков
Определение длины и диаметра ракеты-носителя при последовательном соединении ракетных блоков
Определение предварительных массогабаритных характеристик ракетных блоков в схемах с параллельным и смешанным соединениями
Расчёт масс основных элементов конструкций ракеты-носителя
Предварительный расчет масс основных элементов конструкции ракеты-носителя
Предварительная массовая сводка
Проверка значений конструктивных характеристик ракетных блоков
Проектировочный расчет масс составных частей ракеты-носителя
Выбор расчетных случаев
Расчет нагрузок, действующих на РН
Выбор расчетных сечений ракеты-носителя
Расчет осевых сил в сечениях
Расчет изгибающих моментов
Расчет приведенной сжимающей силы
Расчет давления наддува баков
Расчет массы баков
Уточненные расчеты массы бака
Расчет массы сухих отсеков
Расчет прочих масс ракеты-носителя
Детальный расчет
Расчет координат центра масс и моментов инерции ракеты-носителя
Расчет координат центра масс ракеты
Расчет моментов инерции ракеты
Расчетные таблицы
Расчет положения координат центра масс ракеты-носителя по времени полета
Автоматизация выбора основных характеристик ракет-носителей
Программа для оптимального распределения массы РН по блокам и минимизации стартовой массы
Программа для расчета масс составных частей ракеты-носителя и предварительной массовой сводки
Программа для расчета положения координат центра масс и моментов инерции РН
Программа для поверочных расчетов характеристик движения ракет-носителей
Разработка циклограммы запуска ракеты
Методика разработки твердотельных моделей ракет-носителей
Информационная поддержка жизненного цикла изделий
Особенности разработки твердотельных моделей ракеты
Разработка моделей отсеков ракетных блоков
Разработка моделей топливных баков
Разработка моделей сухих подкрепленных отсеков
Разработка моделей ферменных конструкций
Разработка моделей элементов крепления двигателей
Разработка моделей космических головных частей
Разработка модели ракеты космического назначения
Сборка ракетных блоков
Сборка ракеты и создание анимационной картины разделения составных частей РН в полёте
Определение геометрических и массоинерционных характеристик конструкции ракеты-носителя в системе твердотельного моделирования
Совершенствование средств выведения полезных нагрузок в космос
Методика выбора характеристик разгонного блока при модернизации ракеты-носителя
Методика приближенной оценки грузоподъемности РН, составленных из существующих ракетных блоков
Методика оптимизации массы модернизируемых ракетных блоков в составе существующих РН
Оценка весовой эффективности воздушных стартов
Постановка задачи
Определение потребной характеристической скорости для РН при воздушном старте
Результаты расчётов и их анализ
Заключение
Список использованных источников
Учебное пособие предназначено студентам, изучающим в девятом и десятом семестрах дисциплину «Основы автоматизированного проектирования» по направлению подготовки (специальности) 160400 «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов» (квалификация (степень) "специалист"), специализация 160400.1.65 «Ракетные транспортные системы». Может быть полезно молодым специалистам ракетно-космической отрасли. Содержание
Список сокращений
Введение
Общие вопросы автоматизации проектных работ при создании летательных аппаратов
Обзор современных информационных технологий поддержки жизненного цикла изделий
Необходимость в информационной поддержке жизненного цикла изделий
Возникновение концепции CALS и ее эволюция
Технологии представления данных
Особенности CAD/CAM/CAE – систем на базе Windows
PDM-технология
PDM-система
PDM-система как рабочая среда каждого сотрудника предприятия
Управление хранением данных и документов
Управление процессами
Управление составом изделия
Классификация
Календарное планирование
Вспомогательные функции
Принципы реализации PDM-систем
Производители PDM-систем
Задачи математического программирования
Пример постановки однокритериальной задачи
Методы решения задач математического программирования
Многокритериальные задачи
Сведение многокритериальных задач к однокритериальным
Выделение «главного критерия»
Выбор комплексного критерия
Основные положения теории ракетного движения
Структура многоступенчатой ракеты
Относительные характеристики масс составных частей ракеты
Функциональная связь между относительными характеристиками масс составных частей ракеты
Характеристические скорости ракеты
Удельный импульс
Влияние атмосферного давления на тягу ракетного двигателя
Скорость ракеты с учетом реальных условий полета
Типовая приближенно-оптимальная программа изменения угла наклона траектории ракеты
Уравнения движения РН для поверочных расчётов
Характеристики и основные проектные параметры ракет-носителей
Характеристики ракет-носителей
Основные проектные параметры ракеты
Выбор основных проектных параметров ракеты
Основные проектные параметры, полученные из анализа идеальной скорости ракеты
Основные проектные параметры, полученные из анализа потери скорости ракеты от действия гравитационных сил
Основные проектные параметры, полученные из анализа потери скорости ракеты от действия аэродинамических сил
Основные проектные параметры, полученные из анализа потери скорости ракеты от действия сил, возникающих при изменении давления воздуха на срезе сопла ракетного двигателя
Основные проектные параметры многоступенчатых ракет-носителей
Сопоставление значений потерь скорости ракеты
Определение характеристической скорости ракеты-носителя
Методы расчета характеристической скорости ракет-носителей
Статистические данные по характеристической скорости ракет-носителей
Структура формулы для расчета характеристической скорости ракет-носителей
Расчет скорости на опорной орбите
Определение недобора характеристической скорости для затопления ракетного блока верхней ступени РН в акватории мирового океана
Расчет приращения скорости для перевода КА с опорной орбиты на эллиптическую орбиту
Расчет приращения скорости для перевода КА с эллиптической орбиты на высокую круговую орбиту
Расчет приращения скоростей для перевода КА с высокой круговой орбиты на эллиптическую орбиту и с эллиптической орбиты на низкую круговую орбиту
Расчет приращения скорости для изменения плоскости орбиты
Старт к Луне и планетам
Старт к Луне
Старт к планетам
Выбор топлива при проектировании ракет
Характеристики ракетного топлива
Критерии выбора топлива
Выбор топлива с учетом влияния средней плотности и удельного импульса на стартовую массу РН
Выбор топлива по комплексному критерию эффективности
Оптимальное распределение массы ракеты-носителя по ступеням и расчет стартовой массы ракеты
Постановка и решение задачи оптимального распределения массы ракеты-носителя по блокам методом неопределенных множителей Лагранжа
Постановка задачи
Решение задачи
Постановка и решение задач оптимального распределения массы ракеты-носителя по блокам численными методами
Схема с последовательным соединением ракетных блоков
Схема с параллельным соединением ракетных блоков типа "пакет без перелива"
Схема с параллельным соединением ракетных блоков типа "пакет с переливом"
Схема "трехступенчатый пакет"
Особенности расчета масс ракетных блоков с использованием различных компонентов топлива
Методика и алгоритм решения задач на условную оптимизацию в системе Mathcad
Выбор количества ступеней ракеты-носителя
Выбор количества ступеней ракеты по критерию минимума стартовой массы
Выбор количества ступеней ракеты-носителя из условия функционального назначения ракетных блоков
Определение предварительных объемно-габаритных характеристик ракет-носителей
Определение объёма ракеты-носителя и её составных частей
Объем головного обтекателя
Объем приборных отсеков
Объем топливных отсеков
Объем хвостовых и переходных отсеков
Определение длины и диаметра ракеты-носителя при последовательном соединении ракетных блоков
Определение предварительных массогабаритных характеристик ракетных блоков в схемах с параллельным и смешанным соединениями
Расчёт масс основных элементов конструкций ракеты-носителя
Предварительный расчет масс основных элементов конструкции ракеты-носителя
Предварительная массовая сводка
Проверка значений конструктивных характеристик ракетных блоков
Проектировочный расчет масс составных частей ракеты-носителя
Выбор расчетных случаев
Расчет нагрузок, действующих на РН
Выбор расчетных сечений ракеты-носителя
Расчет осевых сил в сечениях
Расчет изгибающих моментов
Расчет приведенной сжимающей силы
Расчет давления наддува баков
Расчет массы баков
Уточненные расчеты массы бака
Расчет массы сухих отсеков
Расчет прочих масс ракеты-носителя
Детальный расчет
Расчет координат центра масс и моментов инерции ракеты-носителя
Расчет координат центра масс ракеты
Расчет моментов инерции ракеты
Расчетные таблицы
Расчет положения координат центра масс ракеты-носителя по времени полета
Автоматизация выбора основных характеристик ракет-носителей
Программа для оптимального распределения массы РН по блокам и минимизации стартовой массы
Программа для расчета масс составных частей ракеты-носителя и предварительной массовой сводки
Программа для расчета положения координат центра масс и моментов инерции РН
Программа для поверочных расчетов характеристик движения ракет-носителей
Разработка циклограммы запуска ракеты
Методика разработки твердотельных моделей ракет-носителей
Информационная поддержка жизненного цикла изделий
Особенности разработки твердотельных моделей ракеты
Разработка моделей отсеков ракетных блоков
Разработка моделей топливных баков
Разработка моделей сухих подкрепленных отсеков
Разработка моделей ферменных конструкций
Разработка моделей элементов крепления двигателей
Разработка моделей космических головных частей
Разработка модели ракеты космического назначения
Сборка ракетных блоков
Сборка ракеты и создание анимационной картины разделения составных частей РН в полёте
Определение геометрических и массоинерционных характеристик конструкции ракеты-носителя в системе твердотельного моделирования
Совершенствование средств выведения полезных нагрузок в космос
Методика выбора характеристик разгонного блока при модернизации ракеты-носителя
Методика приближенной оценки грузоподъемности РН, составленных из существующих ракетных блоков
Методика оптимизации массы модернизируемых ракетных блоков в составе существующих РН
Оценка весовой эффективности воздушных стартов
Постановка задачи
Определение потребной характеристической скорости для РН при воздушном старте
Результаты расчётов и их анализ
Заключение
Список использованных источников