CC BY
37
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
И
dV* dt
= ü
сШ
х dt
dii
M-=-D _
dt dt
Разделим переменные и берем интегралы от обеих частей.
1_
и
^ = - уf
Определим скорость ракеты в момент выгорания всего топлива. Обозначим массу корпуса ракеты со всем оборудованием МК, а всю массу топлива через МТ. Тогда М0 = МК + МТ
Когда все топливо ракеты будет израсходовано, масса ракеты будет равна МК. Подставляя эти значения в равенство (4), получим:
Сила Ф называется реактивной силой, которая обусловлена изменением массы ракеты.
Так как на ракету не действуют внешние силы, то:
Так как ёМ/М < 0, то реактивная сила направлена в сторону, противоположную относительной скорости вылетающих газов У. Эта сила будет тем больше, чем больше относительная скорость газов и абсолютное значение производной аММ, которая является секундным расходом топлива ракеты.
v = + и ы
Эта формула называется формулой Циолковского. При а = О , она получит вид:
V - Üb
Формула Циолковского определяет скорость ракеты, когда все ее топливо будет израсходовано.
Из формулы (5) следует, что при отсутствии внешних сил, предельная скорость ракеты зависит от относительной скорости истечения газов и и относительного запаса топлива МТ/ МК. Из формулы Циолковского следует весьма важный практический результат: для получения возможно больших скоростей ракеты в конце активного участка гораздо выгоднее идти по пути увеличения относительных скоростей отбрасывания частиц, чем по пути увеличения относительного запаса топлива.
Библиографические ссылки
1. Космодемьянский А. А. Циолковский К. Э. М. : Наука, 1987.
2. Тарг С. М. Краткий курс теоретической механики. 15-е изд. М. : Высш. шк., 2005.
3. Попов М. В. Теоретическая механика. М. : Наука, 1986.
© Мелконян А. Н., Тюрикова Л. И., 2010
УДК 621:396.677
И. С. Морозков, С. В. Ромащенко, Е. А. Шевцов
Научный руководитель - А. К. Шатров ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Железногорск
РЕФЛЕКТОРЫ АНТЕНН КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА БАЗЕ ГИБКОЙ ФОРМООБРАЗУЮЩЕЙ СТРУКТУРЫ
Облегченные крупногабаритные конструкции являются важным звеном для достижения успеха в космических проектах. В сравнении с другими трансформируемыми крупногабаритными конструкциями надувные конструкции имеют уникальные преимущества для достижения снижения массы и объема в сложенном положении.
Надувная антенна в сложенном состоянии имеет минимальные размеры и потенциально самую небольшую массу. Она изготавливается из тонкого гибкого материала, который перед запуском сворачивается, а после запуска раскрывается за счет избыточного давления. Рефлектор такой антенны напоминает круглую параболоидальную подушку с радиопрозрачной передней поверхностью и радиоотражающей тыльной. По краю она подкрепляется надувным тором [1].
Надувные конструкции делятся на типы по способу сохранения формы в рабочем положении:
1. Конструкции, форма которых на протяжении всего срока функционирования сохраняется за счет давления. В этом случае стабильность надувной системы, которая должна оставаться герметичной на протяжении значительного времени, и в основном гарантируется материалом, который может самовосстанавливаться после пробоя или за счет наличия перегородок, когда отсеки выводятся из строя по мере возникновения пробоев. В любом случае необходима система управления пространственным положением КА, которая может компенсировать тягу, создаваемую за счет утечки.
Секция «Модели и методы анализа прочности, динамики и надежности конструкций КА»
2. Конструкции, самостоятельно повышающие свою жесткость после раскрытия в космосе. Принцип заключается в том, что происходит надувание оболочки требуемой формы, выполненной из ткани, волокна которой пропитаны веществом, отвердевающем в рабочем положении, поэтому отсутствует необходимость в герметизации. Даже КА небольшого размера, имеющие существенную массу конструкции, могут получить выигрыш от этой технологии. Кроме этого, данные конструкции имеют высокую степень надежности раскрытия из-за простоты принципа.
Материалы, выбранные для самостоятельного повышения жесткости надувных конструкций, должны обладать следующими свойствами:
- достаточно быстрый процесс отвердевания;
- малые внутренние напряжения, возникающие в результате сжатия при отверждении;
- нечувствительность материала после отвердения к вакууму, радиации и температуре окружающего космического пространства;
- малый коэффициент теплового расширения;
- точность геометрических параметров конечного продукта.
Очень сложно найти материал, обладающий всеми этими свойствами. В результате исследования структуры изотензоидных мембран были разработаны методики, позволяющие конфигурировать волокна материалов таким образом, чтобы обеспечить
высокую геометрическую точность конструкции даже при ее многократном развертывании.
Основным недостатком надувных антенн является трудность достижения высокой точности формы отражающей поверхности. У надувных конструкций высокая степень надежности раскрытия из-за простоты принципа. Для испытания конструкций на Земле необходимо смоделировать невесомость, например, заполнением оболочки гелием.
В настоящее время проводится большое количество исследований по созданию ультра-легких надувных конструкций в рамках различных проектов, в частности по разработке и изготовлению конструкций надувных рефлекторов антенн. Полученные результаты позволяют сделать вывод о перспективности и активном использовании надувных конструкций в ближайшее время [2].
Библиографические ссылки
1. Гряник М. В., Ломан В. И. Развертываемые зеркальные антенны зонтичного типа. М. : Радио и связь, 1987.
2. Darooka D. K., Jensen D. W. Advanced space structure concepts and their development. AIAA-2001-1257, 2001.
© Морозков И. С., Ромащенко С. В., Шевцов Е. А., Шатров А. К., 2010
УДК 531.1
А. А. Петров Научный руководитель - Е. В. Данилова Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МНОГОЗВЕННОГО МЕХАНИЗМА ГРАФИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ НАВЫКОВ БУДУЩЕГО СПЕЦИАЛИСТА
Качественной формой подготовки специалистов аэрокосмического профиля являются исследования и расчеты работы механизмов при изучении курса теоретической механики.
Эффективной формой подготовки специалистов аэрокосмического профиля является исследования и расчеты работы различных механизмов. Теоретическая механика является одной из важнейших фундаментальных дисциплин. Она развивает как общенаучную, так и общеинженерную базу при подготовке специалистов в области авиационной и ракетно-космической техники.
Изучение теоретической механики дает так же минимум фундаментальных знаний, на основе которых будущий специалист сможет самостоятельно овладеть новой информацией, с которой ему придется столкнуться в производственной и научной деятельности.
Кинематические исследования механизмов проводят аналитическим или графическим методами.
Рассмотрим графические методы, исследуя многозвенный механизм (рис. 1) с заданными парамет-
рами: кривошип О1А вращается с постоянной угловой скоростью юО1А = 2 рад/с; О1А = 15 см; О2Б = 45 см; АВ = 78 см; ВС = 39 см; СБ = 26 см; СЕ = 52 см; ЕБ = 38 см; а = 46 см; ф = 115°. [2].
Определение скоростей точек и угловых скоростей звеньев механизма с помощью плана скоростей [1]:
1. Строим схему механизма в выбранном масштабе (см. рисунок).
2. Вычислим модуль скорости точки А кривошипа О1А:
vA = ю01А • 01А = 2 • 15 = 30 см/с.
Вектор vA перпендикулярен кривошипу О1А и направлен в сторону вращения кривошипа.
Строим план скоростей (см. рисунок). Из произвольно выбранного центра р проводим отрезок произвольной длины (ра = 24 мм), изображающий
