Разработка методики формирования облика многоразовой аэрокосмической системы, оптимизация ее проектных параметров и траекторий движения
Авторы: Бузулук В.И., Михалёв С.М.
Опубликовано в выпуске: #6(90)/2019
DOI: 10.18698/2308-6033-2019-6-1894
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов
Исследована концепция аэрокосмической системы, основанная на воздушном старте с дозвукового двухфюзеляжного самолета и ракетном способе выведения на орбиту. Предложена схема траектории аэрокосмической системы, обеспечивающая возврат к точке старта как самолета-носителя, так и первой ракетной ступени с жидкостным ракетным двигателем. Разработана методика многодисциплинарного расчета и оптимизации проектных параметров аэрокосмической системы и приближенно оптимального управления движением ступеней системы с различными силовыми установками на всех участках полета. На основе разработанной методики технико-экономического анализа для определения основных проектных параметров и характеристик был составлен комплекс вычислительных программ на языке С++. Сравнительный анализ трех вариантов горючего на первой ракетной ступени показал, что в случае применения вместо керосина на борту гиперзвукового самолета-разгонщика водородного горючего можно значительно увеличить массу полезного груза при близкой стоимости выведения на орбиту. При сопоставлении технико-экономических показателей аэрокосмической системы с одноразовой ракетой-носителем типа «Союз-2» получено, что за счет многоразовости можно существенно снизить удельную стоимость выведения аэрокосмической системы по сравнению с одноразовыми средствами выведения
Литература
[1] Основы государственной политики в области использования результатов космической деятельности в интересах модернизации экономики Российской Федерации и развития ее регионов на период до 2030 года (утв. Президентом РФ 14 января 2014 г. N Пр-51). Гарант.ру. URL: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/70484388/ (дата обращения 25.06.2019).
[2] Лозино-Лозинский Г.Е. Полет «Бурана». Гагаринские научные чтения по космонавтике и авиации, 1989. Москва, Наука, 1990, с. 6–21.
[3] Space Shuttle News Reference Manual. 1988, 924 p. URL: http://science.ksc.nasa.gov/shuttle/technology/sts-newsref/stsref-toc.html (дата обращения 17.07.2018).
[4] МАКС. Состояние разработки, научно-технический задел. Энциклопедия Буран. URL: http://buran.ru/htm/makszad.htm (дата обращения 17.07.2018).
[5] Кузин А.И., Вахниченко В.В., Лозин С.Н., Лехов П.А., Семенов А.И., Горбатенко В.В. и др. Многоразовая ракетно-космическая система. Ближайшие перспективы разработки и летно-экспериментальной отработки. Авиакосмическая техника и технология, 2010, № 2, с. 9–18.
[6] Плохих В.П., Бузулук В.И., Уджуху А.Ю. Высокоскоростные летательные аппараты с межконтинентальной и глобальной дальностью полета. Наука и технологии в промышленности, 2012, № 1, часть 1, с. 92–100.
[7] Михалев С.М. Аэрокосмическая система для межконтинентальных перелетов. Труды МАИ, 2015, вып. 81, май, 24 с. URL: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=57706 (дата обращения 25.07.2018).
[8] Бузулук В.И., Михалев С.М. Определение экономической эффективности применения различных видов топлива для аэрокосмических летательных аппаратов. Сб. докл. XXVII научно-технической конференции по аэродинамике. Пос. Володарского, Московской обл., 2016, с. 58–59.
[9] Бузулук В.И., Михалев С.М. Оптимизация параметров аэрокосмической системы с помощью CFD-моделирования. Инженерный журнал: наука и инновация, 2017, вып. 9. DOI: 10.18698/2308-6033-2017-9-1668
[10] Бузулук В.И., Михалев С.М. Полностью многоразовая аэрокосмическая система на базе дозвукового самолета-носителя с возвратом первых ступеней к точке старта. Авиакосмическая техника и технология, 2018, вып. 1–2, c. 3–12.
[11] Shkadov L., Denisov V., Lazarev V., Plokhikh V., Buzuluk V., Volodin S., Chervonenko K., Skipenko V. The comparative analysis of various aerospace system concepts. Acta Astronautica, 1995, vol. 35 (1), pp. 47–54.
[12] Новожилов Г.В., Лещинер Д.В., Шейнин В.М. и др. Из истории советской авиации. Самолеты ОКБ имени С.В. Ильюшина. Новожилов Г.В., ред. Москва, Машиностроение, 1985, 264 с.
[13] Козлов Д. ОАК будет развивать перспективную аэродинамическую схему. URL: https://www.aviaport.ru/news/2007/10/15/129977.html (дата обращения 25.05.2019).
[14] Михалев С.М. Разработка методики формирования облика и оптимизация параметров полностью многоразовой ракетно-космической системы выведения на орбиту. Материалы V Международного межотраслевого молодежного научно-технического форума «Молодежь и будущее авиации и космонавтики». Москва, Издательство МАИ, 2013, с. 251–252.
[15] Авиационные правила. Глава 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории. Межгосударственный авиационный комитет, редакция 3 с поправками 1–6. Москва, ОАО «Авиаиздат», 2009, 274 с.
[16] Levenberg K. A Method for the Solution of Certain Non-Linear Problems in Least Squares. The Quarterly of Applied Mathematics, 1944, vol. 2, pp. 164–168.
[17] Marquardt D.W. An algorithm for least-squares estimation of nonlinear parameters. Journal of the Society for Industrial and Applied Mathematics, 1963, vol. 11, no. 2, pp. 431–441.
[18] Gavin H.P. The Levenberg-Marquardt method for nonlinear least squares curve-fitting problems. Department of Civil and Environmental Engineering Duke University, 2017, 19 p.
[19] Lourakis M.I.A. A brief description of the Levenberg-Marquardt algorithm implemented by levmar. Proc. Found. Res. Technol., 2005, pp. 1–6.
[20] Madsen K., Nielsen N.B., Tingleff O. Methods for nonlinear least squares problems. Technical Report. Informatics and Mathematical Modeling, Technical University of Denmark, 2004, 58 p.
[21] Renka R.J. Multivariate Interpolation of Large Sets of Scattered Data. ACM Transactions on Mathematical Software, 1988, vol. 14, no. 2, pp. 139–148.
[22] McCormick B.W. Aerodynamics Aeronautics and Flight Mechanics. New York, Wiley, 1994, 652 p.
[23] Уджуху А.Ю., Евстифеев В.В., Лазарев В.В., Никитченко Ю.М., Овчинников В.Г., Рудяков В.А. и др. Автоматизированная расчетная диалоговая система (АРДИС). Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010611209. Зарегистрировано 11.02.2010.
[24] Шейнин В.М., Козловский В.И. Весовое проектирование и эффективность пассажирских самолетов. Москва, Машиностроение, 1984, 552 с.
[25] Торенбик Э. Проектирование дозвуковых самолетов. Голубков Е.П., пер. с англ. Москва, Машиностроение, 1983, 648 с.
[26] Егер С.М., ред. Проектирование самолетов. Москва, Машиностроение, 1983, 616 с.
[27] Руководство для конструкторов по проектированию самолетов. Методы расчета массы силовой установки. Москва, Изд-во ЦАГИ, 1981, т. V, кн. 2, вып. 6, 60 с.
[28] Бузулук В.И. Оптимизация траекторий движения аэрокосмических летательных аппаратов. Москва, ЦАГИ, 2008, 476 с.
[29] Felbberg E. Classical Fifth-, Sixth-, Seventh-, and Eighth-order Runge-Kutta Formulas with stepsize control. NASA Technical Report, 1968, 82 p.
[30] Клочков В.В. Управление инновационным развитием гражданского авиастроения. Москва, ГОУ ВПО МГУЛ, 2009, 280 с.
[31] Alchian A. Reliability of Progress Curves in Airframe Production. Econometrica, 1963, vol. 31, no. 4, pp. 679–694.
[32] Wright T.P. Factors Affecting the Cost of Airplanes. Journal of Aeronautical Sciences. 1936, vol. 3, pp. 122–128.
[33] Смитюк Ю. «Главкосмос пусковые услуги» раскрыла стоимость запуска ракеты «Союз 2.1». ИТАР-ТАСС, 2 октября 2018. URL: http://tass.ru/kosmos/5628680 (дата обращения 21.02.2019).