СПОСОБ НАЗЕМНЫХ ИСПЫТАНИЙ НЕСУЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ УПРАВЛЯЕМОГО СНАРЯДА Российский патент 2010 года по МПК F42B15/00 

Изобретение относится к области ракетостроения и может быть использовано в качестве способа наземных испытаний несущих поверхностей управляемого снаряда (УС).

Раскрытие складывающихся в корпус УС аэродинамических несущих поверхностей (рули, стабилизаторы и т. п.) после выстрела происходит в обтекающем воздушном потоке, действие которого либо препятствует (направление складывания - к хвосту УС), либо «помогает» (направление складывания - к носу УС) их приведению в рабочее положение. При этом в обоих случаях действие аэродинамической нагрузки существенно влияет на быстродействие, прочность и надежность функционирования механизма раскрытия несущих поверхностей (особенно на процесс их фиксации в рабочем положении), что в процессе разработки УС обуславливает необходимость специальных испытаний.

Известен способ летных испытаний УС, благодаря которому можно получить информацию о функционировании механизма раскрытия несущих поверхностей (Летные испытания ракет и космических аппаратов. Под общей редакцией д-ра техн.наук проф. Е.И.Кринецкого. М.: Машиностроение, 1979). Однако комплексные летные испытания УС проводятся, как правило, на заключительном этапе разработки изделия, а проведение их на промежуточных этапах разработки отдельных функциональных узлов нецелесообразно с точки зрения значительных затрат материально-временных ресурсов.

Основным наземным способом исследования воздействия воздушного потока на элементы аэродинамического планера служат испытания летательных аппаратов (или их моделей) в аэродинамической трубе, но их подготовка и проведение также требуют существенных затрат материально-временных ресурсов. Кроме того, раскрытие несущих поверхностей УС обычно сопровождается отделением конструктивных элементов разового действия (герметизирующие щитки, фиксаторы, срезные штифты и т.п.), что может привести к нарушению целостности поверхностей и функциональных элементов аэродинамической трубы в ее проточных каналах.

Наиболее близким к заявляемому способу по совокупности существенных признаков и достигаемому эффекту является способ определения шарнирного момента рулевых органов модели летательного аппарата при испытании в аэродинамической трубе, в котором аэродинамический момент, обусловленный действием распределенного по поверхностям рулевого органа поля аэродинамических сил относительно его оси вращения, преобразуют в механический момент, скручивающий торсион известной жесткости, и измеряют угол скручивания торсиона (патент РФ №2243526, МПК⁷ G01M 9/00). Как отмечалось ранее, такие испытания требуют существенных затрат материально-временных ресурсов.

Задача заявляемого способа - снижение материальных затрат и сокращение времени проведения испытаний.

Для решения этой задачи в заявляемом способе наземных испытаний несущих поверхностей УС, включающем создание аэродинамической нагрузки на раскрывающиеся несущие поверхности УС, новым является то, что испытуемый УС вращают относительно внешней оси, а в качестве аэродинамической нагрузки на раскрывающиеся несущие поверхности управляемого снаряда используют момент центробежной силы относительно оси складывания несущей поверхности. При этом вращение УС осуществляют до скорости, при которой величина упомянутого момента центробежной силы совпадает с величиной момента аэродинамической нагрузки:

,

где ω - угловая скорость вращения снаряда, рад/с;

с_x - коэффициент лобового сопротивления несущей поверхности в раскрытом положении;

S_p - площадь несущей поверхности, м²;

q - скоростной напор обтекающего воздушного потока, кг/(м·с²);

L_цд - расстояние от центра давления (цд) равнодействующей аэродинамических сил на раскрытую несущую поверхность до оси ее складывания, м;

m - масса несущей поверхности, кг;

R - расстояние от центра масс (цм) раскрытой несущей поверхности до внешней оси вращения, м;

L_цм - расстояние от центра масс несущей поверхности до оси ее складывания, м, после чего производят срабатывание механизма раскрытия несущих поверхностей.

Схема расположения испытуемого УС представлена на чертеже.

В раскрытом положении, а значит и в момент фиксации в этом положении, на несущую поверхность 1 управляемого снаряда 2 действует аэродинамическая сила F_a, величину которой определяет зависимость

F_a=c_x·S_p·q.

В зависимости от направления складывания несущей поверхности 1 (к носу или к хвосту УС) действие этой силы обусловливает аэродинамический момент относительно оси складывания 3:

который либо «помогает», либо препятствует процессу раскрытия несущей поверхности 1.

При вращении УС 2 вокруг внешней оси 4 на раскрытую несущую поверхность 1 действует центробежная сила:

,

где V - линейная скорость, м/с,

или с учетом формулы Эйлера V=ω·R,

F_ц=m·ω²·R.

Центробежная сила создает центробежный момент относительно оси складывания 3:

Заменяя аэродинамический момент центробежным, из условия равенства моментов (1) и (2) определим потребную величину скорости вращения УС 2 относительно внешней оси 4:

Входящие в зависимость (3) величины с_x и L_цд определяются расчетным путем для несущей поверхности в раскрытом положении, так как в этом положении происходит фиксация несущей поверхности при максимальном значении аэродинамической нагрузки.

Величина скоростного напора

,

где ρ - плотность воздуха, кг/м³;

V_сн - скорость движения управляемого снаряда, м/с,

рассчитывается для точки траектории движения УС, в которой осуществляется раскрытие несущих поверхностей.

Величина R определяет координату положения испытуемого УС относительно внешней оси вращения.

В результате способ наземных испытаний несущих поверхностей УС сводится к закреплению испытуемого УС на подвижном столе центрифуги на расстоянии R от ее оси вращения (с учетом ориентации УС в зависимости от направления складывания несущих поверхностей - к носу или к хвосту УС); достижению расчетной скорости вращения центрифуги ω; срабатыванию механизма раскрытия несущих поверхностей, т.е. подаче электрического сигнала на привод (обычно, газовый привод импульсного действия или электропривод), приведению несущих поверхностей УС в рабочее положение.

Очевидная низкая трудоемкость реализации заявляемого способа обеспечивает снижение материальных затрат и сокращение времени проведения испытаний по сравнению с известным способом летных испытаний и способом испытаний УС в аэродинамической трубе.

Изобретение относится к области ракетостроения и может быть использовано для имитации аэродинамической нагрузки на раскрывающиеся несущие поверхности управляемого снаряда (УС) при наземных испытаниях. Способ наземных испытаний заключается в том, что испытуемый УС вращают относительно внешней оси, а в качестве аэродинамической нагрузки на раскрывающиеся несущие поверхности УС используют момент центробежной силы относительно оси складывания несущей поверхности. Вращение УС осуществляют до скорости, при которой величина упомянутого момента центробежной силы совпадет с величиной момента аэродинамической нагрузки. После этого производят срабатывание механизма раскрытия несущих поверхностей. Величина упомянутой скорости вращения УС относительно внешней оси может быть вычислена по определенной зависимости. Обеспечивается снижение материально-временных затрат при проведении испытаний. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

1. Способ наземных испытаний несущих поверхностей управляемого снаряда, включающий создание аэродинамической нагрузки на раскрывающиеся несущие поверхности управляемого снаряда, отличающийся тем, что испытуемый управляемый снаряд вращают относительно внешней оси, а в качестве аэродинамической нагрузки на раскрывающиеся несущие поверхности управляемого снаряда используют момент центробежной силы относительно оси складывания несущей поверхности, при этом вращение управляемого снаряда осуществляют до скорости, при которой величина упомянутого момента центробежной силы совпадет с величиной момента аэродинамической нагрузки, после чего производят срабатывание механизма раскрытия несущих поверхностей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что управляемый снаряд вращают относительно внешней оси со скоростью

где ω - угловая скорость вращения снаряда, рад/с;
с_x - коэффициент лобового сопротивления несущей поверхности в раскрытом положении;
S_p - площадь несущей поверхности, м²;
q - скоростной напор обтекающего воздушного потока, кг/(м·с²);
L_цд - расстояние от центра давления равнодействующей аэродинамических сил на раскрытую несущую поверхность до оси ее складывания, м;
m - масса несущей поверхности, кг;
R - расстояние от центра масс раскрытой несущей поверхности до внешней оси вращения, м;
L_цм - расстояние от центра масс несущей поверхности до оси ее складывания, м.