КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ В УЧЕБНОМ КУРСЕ «УСТРОЙСТВО, ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ»
© М.Н.Охочинский
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы образования"
2009 г.
При разработке технического проекта весьма важную роль играет стадия моделирования. К. Э. Циолковский, работая над проектом цельнометаллического дирижабля, изготавливал свои модели вручную. Сегодняшние специалисты могут позволить себе компьютерное моделирование.
В рамках учебного курса «Устройство, проектирование и конструирование летательных аппаратов», реализуемого на кафедре «Ракетостроение» Балтийского государственного технического университета (БГТУ) «Военмех» (г. Санкт-Петербург), предусмотрен курсовой проект, в ходе которого студенты выполняют компьютерное моделирование образцов отечественных и зарубежных ракет-носителей (РН).
Студент, выполняющий курсовой проект, первоначально должен составить подробное описание образца РН, используя при этом общедоступные источники технической информации, включая Интернет. Описание должно включать как общие сведения об РН, так и особенности ее конструкции и функционирования, а также структурно-компоновочную схему ракеты.
Затем с помощью пакета прикладных программ (ППП) «САПР РБ», разработанного и внедренного в учебный процесс БГТУ кафедрой «Ракетостроение», студент выполняет расчет основных проектных характеристик исследуемой ракеты, используя в качестве исходных данных характеристики РН, которые были определены им при начальном анализе конструкции.
ППП «САПР РБ» построен на основе модели, описывающей физически достоверную взаимосвязь всех параметров РН и сформированной с использованием аналитических зависимостей и статистической информации по транспортным ракетным системам из открытых научных публикаций 1970-1990 годов. Пакет позволяет студентам решать как прямые, так и обратные задачи, встречающиеся при проектировании. В прямых задачах по заданным параметрам РН – относительной массе и характеристикам топлива, тяговооруженности – определяются масса, габариты и летно-технические характеристики ракеты и ее ступеней.
Решение ведется методом последовательных приближений по схеме:
– расчет параметров траектории выведения;
– расчет нагрузок и аэродинамического нагрева корпуса РН;
– прочностной расчет корпуса РН;
– расчет масс и габаритов элементов конструкции и РН в целом;
– повторение цикла расчетов до получения необходимой точности.
Обратные задачи решаются рациональным перебором задач прямых:
– определение летно-технических характеристик и относительной массы топлива при заданной массе (габаритах) и при известных других технических характеристиках;
– определение массы (габаритов) и относительной массы топлива, обеспечивающих заданные летно-технические характеристики ракеты.
Все полученные студентом в ходе работы данные сводятся в единый информационный документ – таблицу, в наглядной форме представляющую информацию различного типа: и найденную в различных проанализированных источниках (как напрямую, так и косвенными методами), и полученную расчетом с использованием модели ППП. Форма единого информационного документа была отработана в ходе подготовки и защиты первых курсовых проектов; сегодня она включает более 70 характеристик и показателей.
На основе собранных материалов и полученных расчетных данных студент должен сделать выводы об особенностях исследуемой ракеты, о совершенстве реализованных в конструкции технических решений и их применимости для перспективных конструкций.