Рассмотрим подробнее первые три стадии. Остальные стадии не являются предметом обсуждения настоящего учебного пособия.
I стадия разработки
ТТЗ разрабатывает Головной институт Заказчика и выдаёт его Головному конструкторскому бюро (КБ). При разработке ТТЗ Головной институт и КБ тесно взаимодействуют между собой, решая спорные вопросы. В ТТЗ устанавливаются основные тактикотехнические требования (ТТТ) к разработке ракеты-носителя.
II стадия разработки
Разработка аванпроекта (технического предложения или инженерной записки) выполняется Головным конструкторским бюро совместно с основными предполагаемыми соисполнителями.
В материалах аванпроекта должны быть приведены основные тактико-технические характеристики (ТТХ), которые планируется реализовать при разработке ракеты-носителя. Материалы аванпроекта должны содержать сведения о том, какова предполагаемая кооперация, сколько потребуется времени и средств до момента сдачи изделия на серийное производство, план отработки надежности функционирования изделия, а также сведения по наземному комплексу.
После проведения экспертизы в Головном институте отрасли и Заказчика и устранения замечаний принимается решение о продолжении или остановке работ.
Основные этапы разработки аванпроекта, связанные с выбором проектного облика РН, следующие:
1)выбор основных проектных характеристик и конструктивного облика (компоновочной схемы) РН;
2)поверочный расчет;
3)уточнение проектных характеристик.
Основные этапы разработки аванпроекта, связанные с выбором проектного облика РН, следующие:
-анализ аналогов и обработка статистических материалов по РН;
-разработка тактико-технических требований к проектируемой РН;
-расчёт характеристической скорости;
-выбор компонентов топлива;
-выбор количества ступеней ракеты-носителя, расчет стартовой массы с учетом оптимального распределения масс по ступеням;
26
-расчёт предварительных объёмно-габаритных характеристик РН;
-построение предварительной компоновочной схемы РН;
-проектный расчёт масс элементов конструкций ракетных блоков;
-расчёт центра масс и моментов инерции ракеты-носителя;
-уточнение компоновочной схемы с учетом требований к положению центра давления, отделяющимся элементам и др.
Поверочный расчёт осуществляется с целью проверки возможности достижения ракетой заданной высоты, скорости и направления полёта в конце активного участка траектории при принятых характеристиках РН, включая количество ступеней, силы тяги двигателей и их изменение с высотой полёта, аэродинамических сил и др.
Уточнение проектных характеристик проводится с целью их оптимизации.
Сначала выполняется параметрический анализ влияния основных параметров на тактико-технические характеристики РН. Для этого при моделировании осуществляется приращение (как положительное, так и отрицательное) каждого из основных параметров. Причем это приращение производится либо последовательно для каждого отдельного параметра и делаются выводы о степени влияния изменения исследуемых параметров на ТТХ РН, либо изменяются одновременно несколько параметров по определенному плану многофакторного численного эксперимента. Далее по полученным коэффициентам уравнения регрессии делаются выводы о степени влияния изменения исследуемых параметров на ТТХ РН. Степень влияния параметров на ТТХ РН оценивается с помощью так называемых коэффициентов чувствительности (в некоторой литературе - коэффициентов значимости). Эти коэффициенты представляют собой частные производные функции отклика (значений ТТХ) по исследуемому параметру.
По результатам параметрического анализа осуществляется изменение параметров в направлении улучшения ТТХ. Причем такие изменения могут проводиться двумя методами.
Метод последовательного улучшения ТТХ. Суть этого метода состоит в том, что сначала изменяется параметр с наибольшим коэффициентом чувствительности (или значимости), затем проект уточ-
27
няется с измененными исходными данными. Далее рассчитываются коэффициенты значимости в новом проекте, изменяется параметр с самым наибольшим коэффициентом чувствительности и т. д. Процесс прекращается, если изменения ТТХ относительно невелики (например, меньше 2-3%).
Метод "движения по градиенту". Суть этого метода состоит в том, что осуществляется приращение сразу всех значимых параметров, причём приращение каждого из параметров происходит пропорционально коэффициенту чувствительности.
С помощью этих методов можно улучшить исходный проект. По сути дела при этом осуществляется приближение к оптимальному решению. Но поскольку оптимального решения в полном смысле этого слова достичь не удается, то принято говорить о так называемых рациональных параметрах, при которых ТТХ РН будут наилучшими с заданной степенью точности. Эти параметры и принимают в качестве проектных характеристик создаваемой ракеты-носителя.
III стадия разработки
Материалы эскизного проекта должны содержать все расчеты по основным системам и элементам, формирующим конструктивнокомпоновочную схему изделия, и обоснования по выбору её оптимального облика, реализующего ТТЗ и заданные по нему лётнотехнические характеристики.
Все параметры и характеристики, приведенные в материалах аванпроекта, должны получить соответствующие подтверждения и обоснования. Графическая часть должна содержать общие виды и теоретические чертежи изделия. Составляются программа обеспечения надежности и комплексный план экспериментальной отработки РН.
Таким образом, эскизный проект отличается более подробной проработкой всех этапов аванпроекта.
В части проработки проектного облика РН эскизный проект включает в себя следующие этапы:
1)выбор состава бортовых систем, принципов их работы;
2)разработка конструктивно-компоновочной схемы;
3)разработка технических заданий на составные части РН (на отдельные ракетные блоки и бортовые системы);
28
4)согласование характеристик двигательных установок с основными проектными характеристиками РН;
5)расчетно-теоретические работы и выполнение эскизных проектов по основным составным частям ракеты и бортовым системам.
Состав бортовых систем РН и принципы их работы изучаются студентами в других дисциплинах, предшествующих дисциплине «Основы проектирования РН». Ниже приведен лишь типовой состав бортовых систем ракетных блоков:
-системы крепления и разделения ракетных блоков;
-система крепления и разделения головного обтекателя;
-система крепления и разделения КА;
-пневмогидравлические системы ракетных блоков;
-системы подачи топлива в двигатель;
-системы наддува баков;
-системы одновременного опорожнения баков объёмомерные;
-системы одновременного опорожнения баков расходомерные;
-система регулирования кажущейся скорости;
-система регулирования нормальной составляющей скорости;
-система регулирования боковой составляющей скорости;
-системы обеспечения теплового режима.
Конструктивно-компоновочная схема РН является логическим развитием её компоновочной схемы.
Вотличие от компоновочной схемы в ККС представлены основные решения по конструкторским и технологическим членениям ракеты и приведены основные размеры сочленяемых элементов. Причём для узлов сочленения здесь отображаются некоторые принципиальные моменты (например, форма шпангоута для крепления полезного груза и обтекателя, форма и габариты силового кольца для крепления рамы двигателя и передачи усилий на корпус ракеты).
ВККС содержатся следующие частные документы:
-теоретические чертежи;
-виды общие;
-общие схемы блоков и РН в целом;
-зона размещения полезного груза под обтекателем;
-схема расположения элементов системы аварийного спасения (если она имеется);
29
-схема расположения элементов системы крепления и разделения головного обтекателя;
-схема расположения элементов системы крепления и разделения полезного груза;
-схема расположения элементов системы крепления и разделения ракетных блоков и сбрасываемых элементов;
-зоны размещения приборов в приборном отсеке;
-пневмогидравлические схемы двигательных установок ракетных блоков;
-зоны установки элементов ПГС (шаров-баллонов для наддува баков, раструбов наддува, заправочных клапанов, дренажнопредохранительных клапанов и т.п.);
-схема установки датчиков наполнения топливом и датчиков опорожнения баков;
-зоны прокладки кабелей и элементов пневмогидроавтоматики;
-места установки электрических, а также пневмогидроразъёмов;
-схема установки и центровки ракетного двигателя с рамой;
-схема мест установки транспортировочных узлов;
-схема транспортировки ракетных блоков и ракеты в целом;
-схема установки ракеты на стартовое устройство;
-схема крепления ракеты на стартовом устройстве и схема разделения элементов крепления при пуске ракеты и др.
Конструктивно-компоновочная схема в процессе проектирования ракеты постоянно обновляется.
Конструктивно-компоновочная схема служит основой для задания размеров при составлении технических заданий на разработку бортовых систем и их элементов.
Разработка технических заданий на составные части РН про-
водится на основе состава бортовых систем ракетных блоков и кон- структивно-компоновочной схемы. При составлении технических заданий (ТЗ) на составные части РН размеры берутся с ККС с учетом мест расположения и отведенных габаритов. На каждую из бортовых систем разрабатывают отдельное ТЗ.
Некоторые бортовые системы разрабатываются в том же конструкторском бюро (КБ), в котором проектируется РН, а некоторые
30