Метод определения проектных параметров системы «Упругий летательный аппарат – пусковое устройство» при подводном старте

Abstract

В работе разработан метод определения проектных параметров системы «упругий летательный аппарат – пусковое устройство» при подводном старте, учитывающий упругость корпуса летательного аппарата. В процессе движения летательного аппарата в пусковом устройстве происходит его нестационарное взаимодействие с водой и упругими элементами системы амортизации пускового устройства. Учет упругих колебаний корпуса летательного аппарата в воде представляет собой сложную междисциплинарную задачу вследствие физической разнородности системы «упругий летательный аппарат – вода» и отсутствия унифицированного математического аппарата для комплексного описания ее поведения. На основе применения метода потенциала простого слоя и представления корпуса летательного аппарата в виде свободной балки получены зависимости для определения коэффициентов гидродинамических сил, действующих на упругий летательный аппарат. Для описания динамики летательного аппарата при движении в пусковом устройстве представлена система дифференциальных уравнений. Результаты решения системы дифференциальных уравнений используются для определения распределения внутренних силовых факторов по оси летательного аппарата и динамических сил, действующих на пусковое устройство, а также для определения кратчайших расстояний между летательным аппаратом и пусковым устройством при старте. Демонстрируются сравнительные результаты расчета обжатия элемента амортизации пускового устройства с учетом и без учета упругости корпуса летательного аппарата. Разработанный метод позволяет более точно определять нагрузки, действующие на летательный аппарат, и перемещения относительно пускового устройства, что необходимо при разработке новых конструкций летательных аппаратов и пусковых устройств, обладающих минимальной массой и габаритами. In this paper we developed a method for determining the design parameters of the system “aircraft – launcher”, taking into account the elasticity of the airframe. During the movement of the aircraft in the launcher, the aircraft interacts with water and elastic elements of the launcher’s amortization system. Accounting of the airframe’s elastic vibrations in water is a complex, interdisciplinary task, due to the physical diversity of the system “elastic aircraft – water” and the lack of the unified mathematical apparatus which describe the complexity of its behavior. Using the method of the simple layer potential and submitting the airframe in the form of a free beam, we have got the dependences for determining the coefficients of hydrodynamic forces acting on the elastic aircraft. To describe the dynamics of the aircraft motion in the launcher, we’ve got the system of differential equations. The results of the system of differential equations solutions are used to determine the distribution of internal force factors on aircraft axis and the dynamic forces influencing the launcher, and as well as determine the shortest distance between the aircraft and the launcher at startup. The paper presents the comparative results of the calculation of compression element launcher’s amortization with and without the elastic airframe. The presented method allows to more accurately determine the load, acting on the aircraft, and movement relative to the launcher, which is necessary for the development of new designs of aircraft and launchers with minimal weight and size.