[go: up one dir, main page]

RU2581894C1 - Method of descending separated space rocket stage and device therefor - Google Patents

Method of descending separated space rocket stage and device therefor Download PDF

Info

Publication number
RU2581894C1
RU2581894C1 RU2015104530/11A RU2015104530A RU2581894C1 RU 2581894 C1 RU2581894 C1 RU 2581894C1 RU 2015104530/11 A RU2015104530/11 A RU 2015104530/11A RU 2015104530 A RU2015104530 A RU 2015104530A RU 2581894 C1 RU2581894 C1 RU 2581894C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gasification
fuel
nozzles
discharge
mass
Prior art date
Application number
RU2015104530/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Иванович Трушляков
Владимир Юрьевич Куденцов
Дмитрий Владимирович Ситников
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет"
Priority to RU2015104530/11A priority Critical patent/RU2581894C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2581894C1 publication Critical patent/RU2581894C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/26Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control using jets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C15/00Attitude, flight direction, or altitude control by jet reaction
    • B64C15/14Attitude, flight direction, or altitude control by jet reaction the jets being other than main propulsion jets

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: astronautics.
SUBSTANCE: invention relates to aerospace engineering and can be used during a descent of a space rocket stage separation part (SRSSP). SRSSP comprises a control and navigation system, a fuel compartment, a system of gasification of liquid fuel residues, 2 opposite to each other discharge nozzles and piromembranes. SP is stabilized in statically stable position; use is made of energy based on gasification of liquid residues of unused components of rocket fuel and there is ensured an angular position in space corresponding to the minimum angle of attack during entrance in dense atmosphere; there is performed and aerodynamic maneuver, ensured control of movement of SP centre of mass and around the centre of mass separation by separate discharge of products of gasification (PG) from fuel and oxidizer tanks via adjustable nozzles of gas-reactive system (GS) and performed a non-momentary discharge of remaining gasification products from tanks through GS discharge nozzles.
EFFECT: invention allows to increase accuracy of SP stabilization at standard perturbations, reduce the weight and size of the system of PG utilization and SP oscillation frequency.
2 cl, 4 dwg, 2 tbl

Description

Предлагаемые изобретения относятся к ракетно-космической технике и могут быть использованы для сокращения районов падения отделяющихся частей (ОЧ) ступеней ракет космического назначения (РКН).The present invention relates to rocket and space technology and can be used to reduce the areas of incidence of the separating parts (OCH) of the stages of space rockets (ILV).

Одной из основных проблем, связанных со снижением техногенного воздействия пусков РКН на окружающую среду, является наличие ОЧ, что приводит к необходимости выделять значительные территории для районов падения ОЧ, использованию энергетически неоптимальных схем выведения, а наличие невырабатываемых остатков жидкого топлива в баках ОЧ приводит к взрывам на орбитах и на атмосферном участке траектории спуска, проливам компонентов топлива в районах падения, увеличению разбросов фрагментов ОЧ и т.д.One of the main problems associated with the reduction of the technogenic impact of ILV launches on the environment is the presence of PF, which leads to the need to allocate significant areas for areas of PF incidence, the use of energetically non-optimal removal schemes, and the presence of undeveloped residues of liquid fuel in PF tanks leads to explosions in orbits and in the atmospheric section of the descent trajectory, spills of fuel components in the areas of incidence, an increase in the dispersion of fragments of OCh, etc.

Известен «Способ спуска отделяющейся части ступени ракеты космического назначения» (патент RU №2475429, МПК B64G 1/26, опубл. 20.02.2013), по которому программу управления работой газовых ракетных двигателей и движением ОЧ ступеней ракет космического назначения разделяют на внеатмосферный и атмосферный участки, которые разбивают на конечное число интервалов времени и определяют программу углового разворота и движения ОЧ на каждом интервале.The well-known "Method of launching the separating part of the stage of a space rocket" (patent RU No. 2475429, IPC B64G 1/26, publ. 02.20.2013), according to which the program for controlling the operation of gas rocket engines and the movement of the high-frequency stages of space rockets is divided into extra-atmospheric and atmospheric sections, which are divided into a finite number of time intervals and determine the program of angular turn and movement of PF at each interval.

Наиболее близким к заявляемому является «Способ спуска отделяющейся части ракеты космического назначения на жидких компонентах топлива в заданный район падения и устройство для его осуществления» (патент RU №2414391, МПК B64G 1/26, B64C 15/14, опубл. 20.03.2011). Способ основан на стабилизации ОЧ положением двигательной установкой вперед, ориентации и управляемом движении ОЧ, после отделения ОЧ маневр спуска в заданный район падения осуществляют за счет энергетики, заключенной в невыработанных остатках компонентов жидкого топлива на основе их газификации и подачи в газовую ракетную двигательную установку (ГзРДУ) спуска, при этом управление движением центра масс и вокруг центра масс ОЧ осуществляют отклонениями камер ГзРДУ, а ОЧ на момент выключения ГзРДУ обеспечивают угловое положение в пространстве, соответствующее минимальному углу атаки при входе ее в плотные слои атмосферы, и закручивают ОЧ вокруг ее продольной оси. Величину невыработанных остатков жидкого топлива формируют с учетом спуска ОЧ в заданный район падения, а завершение активного участка маневра спуска осуществляют до входа в плотные слои атмосферы и сохранения управляемости ОЧ с помощью камер ГзРДУ.Closest to the claimed one is "A method of launching a separating part of a space rocket on liquid fuel components in a predetermined area of incidence and a device for its implementation" (patent RU No. 2414391, IPC B64G 1/26, B64C 15/14, publ. 03.20.2011) . The method is based on stabilization of the RP by the forward position of the propulsion system, orientation and controlled movement of the RP, after separation of the RP, the descent maneuver to the specified drop area is carried out due to the energy contained in the undeveloped residues of the liquid fuel components based on their gasification and supply to the gas rocket propulsion system (GzRDU ) descent, while controlling the movement of the center of mass and around the center of mass of the HF is carried out by the deviations of the GzRDU chambers, and the OH at the time of the shutdown of the GzRDU provide an angular position in a simple anstve corresponding to the minimum angle of attack as it enters into the atmosphere, and spin OCH around its longitudinal axis. The value of the undeveloped residual liquid fuel is formed taking into account the descent of the OCh to the specified drop region, and the completion of the active section of the maneuver of descent is carried out before entering the dense layers of the atmosphere and maintaining controllability of the OCh with the help of the GzRDU cameras.

Отделяющаяся часть ракеты космического назначения на жидких компонентах топлива включает в свой состав систему управления и навигации, систему газификации, причем на верхнем днище топливного отсека установлены четыре камеры, каждая из которых оснащена приводом, а система газификации имеет автономный газогенератор с мембранной системой подачи компонентов топлива, возбудители акустических колебаний, размещенные на штуцерах ввода теплоносителя в топливные баки.The separating part of a space rocket on liquid fuel components includes a control and navigation system, a gasification system, and four chambers are installed on the upper bottom of the fuel compartment, each of which is equipped with a drive, and the gasification system has an autonomous gas generator with a membrane system for supplying fuel components, acoustic vibration pathogens located on the coolant inlet fittings in the fuel tanks.

К недостаткам известных технических решений относятся:The disadvantages of the known technical solutions include:

- наличие ГзРДУ, что требует использования тяжелых камер сгорания, каждая из которых устанавливается в одностепенный управляемый привод, масса ГзРДУ многократно больше, чем масса сопел ГРС из-за высокой температуры продуктов сгорания;- the presence of gas turbine propulsion system, which requires the use of heavy combustion chambers, each of which is installed in a single-stage controlled drive, the mass of gas turbine propulsion system is many times greater than the mass of gas nozzles due to the high temperature of the combustion products;

- ГзРДУ необходима при реализации импульсов спуска с орбиты, изменения точки падения (управление движением центра масс), но не эффективна в режиме стабилизации (управление относительно центра масс) при полете ОЧ на атмосферном участке траектории спуска (АУТС), т.к. конструкция приводов, углы прокачки, приводят к существенному утяжелению конструкции;- GzRDU is necessary when implementing pulses of descent from orbit, changes in the point of incidence (control of the center of mass), but is not effective in the stabilization mode (control of the center of mass) when flying in the atmospheric section of the descent trajectory (ATS), because drive design, pumping angles, lead to a significant weighting of the structure;

- при газификации топлива в баках состав продуктов газификации, поступающий из баков в ГзРДУ, переменный по времени, что приводит к тому, что процесс сгорания в камере носит неустойчивый характер с переменной скоростью истечения и, соответственно, переменной тягой;- during gasification of fuel in tanks, the composition of gasification products coming from tanks to the gas turbine engine is variable in time, which leads to the fact that the combustion process in the chamber is unstable with a variable flow rate and, accordingly, a variable draft;

- не используется возможность аэродинамического маневра, что, как показали проведенные оценки для данного класса траекторий входа и параметров смещения точек падения ОЧ, более эффективна, чем придание импульса центру масс ОЧ с помощью ГзРДУ.- the possibility of aerodynamic maneuvering is not used, which, as shown by the estimates for this class of entry paths and the parameters of the displacement of the drop points of the PF, is more effective than imparting an impulse to the center of mass of the PF with the help of the gas turbine engine.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является устранение указанных недостатков, повышение точности стабилизации ОЧ при штатных возмущениях, снижение массы и габаритов системы утилизации ПГ и частоты колебаний ОЧ.The technical result of the proposed technical solution is the elimination of these shortcomings, improving the accuracy of stabilization of PF under standard disturbances, reducing the weight and size of the GHG utilization system and the frequency of PF oscillations.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе спуска отделяющейся части (ОЧ) ступени ракеты-носителя (РН) на жидких компонентах ракетного топлива (КРТ) в заданный район падения, основанном на стабилизации ОЧ в статически устойчивом положении, использовании энергетики, заключенной в невыработанных остатках жидкого КРТ на основе их газификации, обеспечении углового положения в пространстве, соответствующего минимальному углу атаки при входе ее в плотные слои атмосферы, согласно заявляемому изобретению, после отделения ОЧ управление спуском в заданный район падения осуществляют на атмосферном участке траектории спуска ОЧ за счет аэродинамического маневра, при этом управление движением центра масс и вокруг центра масс ОЧ осуществляют путем раздельного сброса продуктов газификации (ПГ) из баков горючего и окислителя через регулируемые сопла газореактивной системы (ГРС), после завершения маневра осуществляют безмоментный сброс оставшихся ПГ из баков через сопла сброса ГРС.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of lowering the separating part (OCh) of the launch vehicle stage (LV) on the liquid components of rocket fuel (SRT) to a predetermined area of incidence, based on the stabilization of the OCh in a statically stable position, the use of energy contained in unused the remnants of liquid CMT based on their gasification, providing an angular position in space corresponding to the minimum angle of attack when it enters the dense atmosphere, according to the claimed invention, after separation descent control to a predetermined area of fall is carried out on the atmospheric part of the path of descent of OCh due to aerodynamic maneuver, while the movement of the center of mass and around the center of mass of OCh is controlled by separate discharge of gasification products (GH) from the fuel and oxidizer tanks through adjustable nozzles of the gas reactive system (GDS) ), after the completion of the maneuver, they carry out an instantaneous discharge of the remaining GHGs from the tanks through the discharge nozzles of the GDS.

В части устройства для осуществления способа указанный технический результат достигается тем, что в ОЧ ракеты, включающей в свой состав систему управления и навигации, топливный отсек, систему газификации жидких остатков топлива, согласно заявляемому изобретению, в плоскости стабилизации тангажа (рыскания), крена на максимальном удалении от центра масс установлены по 2 сопла сброса противоположно друг другу, соединенные магистралями подачи ПГ через пиромембраны, регулируемые клапана с соответствующими баками.In the part of the device for implementing the method, the indicated technical result is achieved in that in the OCh rocket, which includes a control and navigation system, a fuel compartment, a gasification system for liquid fuel residues, according to the claimed invention, in the plane of stabilization of pitch (yaw), roll at maximum away from the center of mass, 2 discharge nozzles are installed opposite to each other, connected by GHG supply lines through pyromembranes, adjustable valves with corresponding tanks.

Сущность технического решения поясняется чертежом, гдеThe essence of the technical solution is illustrated by the drawing, where

- на фиг. 1 поясняются действия способа;- in FIG. 1 illustrates the actions of the method;

- на фиг. 2 приведена схема работы ГРС в канале тангажа на примере ОЧ второй ступени РКН «Союз 2.1.в» (блок И);- in FIG. 2 is a diagram of the operation of the GDS in the pitch channel by the example of the second stage IL of the Soyuz 2.1.v rocket launcher (block I);

- на фиг. 3 приведена схема работы ГРС в канале крена;- in FIG. 3 shows a diagram of the operation of the GDS in the roll channel;

- на фиг. 4 приведены параметры траектории спуска на примере ОЧ первой ступени РКН типа «Союз-2.1.в».- in FIG. Figure 4 shows the parameters of the descent trajectory by the example of the first stage IL of the Soyuz-2.1.v type.

Выведение РКН на активном участке траектории первой ступени 1 осуществляется по оптимальной программе тангажа. После отделения ОЧ первой ступени в точке траектории 2 в соответствии с прототипом осуществляется маневр ОЧ с помощью ГзРДУ, обеспечивающий дальнейший полет ОЧ по баллистической траектории спуска, состоящей из внеатмосферного участка 3, входа в атмосферу 4 и атмосферного участка 5 с падением ОЧ на поверхность Земли в заданной точке 6. Для обеспечения стабилизированного полета ОЧ при входе атмосферу в соответствии с прототипом обеспечивают закрутку ОЧ вокруг продольной оси.Launching the ILV in the active section of the trajectory of the first stage 1 is carried out according to the optimal pitch program. After separation of the first stage OCh at the point of trajectory 2, in accordance with the prototype, the OCh maneuver is carried out with the help of the turbojet engine, which ensures further flight of the OCh along the ballistic descent trajectory, consisting of an extra-atmospheric section 3, entry into the atmosphere 4 and atmospheric section 5 with the fall of the OCh to the Earth set point 6. To ensure a stable flight of the PF at the entrance, the atmosphere in accordance with the prototype provide a twist of the PF around the longitudinal axis.

В том случае, если не осуществлять маневр спуска ОЧ, то после отделения ОЧ в точке 2 она совершит спуск по номинальной баллистической траектории 7,8 с падением в точку 9, которая, как правило, при оптимальной программе выведения РКН, находится вне выделенного района падения, которому принадлежит заданная точка прицеливания 6.In the event that you do not maneuver the launch of the VL, then after separating the VL at point 2, it will descend along the nominal ballistic trajectory of 7.8 with a fall to point 9, which, as a rule, with the optimal program for launching an ILV, is outside the selected fall region to which the given aiming point 6 belongs.

В соответствии с предлагаемым способом маневр спуска ОЧ в заданную точку прицеливания 6 осуществляется с использованием сопел ГРС на атмосферном участке траектории спуска 10 за счет использования нормальной составляющей аэродинамической силы.In accordance with the proposed method, the maneuver of the launch of the OCh to a given aiming point 6 is carried out using GRS nozzles in the atmospheric section of the descent path 10 by using the normal component of the aerodynamic force.

Раздельный сброс ПГ газификации из баков О, Г через сопла ГРС обусловлен следующим:Separate discharge of GHG gasification from O, G tanks through GDS nozzles is due to the following:

- минимизация массы магистралей подачи ПГ, т.к. сопла сброса ПГ находятся в непосредственной близости относительно баков О, Г;- minimization of the mass of the GHG supply lines, because GHG discharge nozzles are in close proximity to the O, G tanks;

- в соплах ГРС не предусмотрено химическое взаимодействие ПГ;- no chemical interaction of GHGs is provided for in the GRS nozzles;

- для решения задачи стабилизации ОЧ при ее управляемом полете величины тяг сопел сброса ГРС достаточны;- to solve the problem of stabilizing the VL during its controlled flight, the thrust values of the nozzles for the discharge of the GDS are sufficient;

- сброс ПГ через сопла ГРС начинается после достижения в баках О, Г заданного давления при подаче в бак горячих газов (выход системы газификации на заданный режим).- GHG discharge through the GDS nozzles begins after reaching the specified pressure in the O, G tanks when hot gases are supplied to the tank (the gasification system exits to the specified mode).

Безмоментный сброс ПГ из баков О, Г осуществляется исходя из следующих условий:The momentless GHG discharge from O, G tanks is carried out on the basis of the following conditions:

- обеспечение прочности конструкции баков при повышении давления;- ensuring the strength of the design of the tanks with increasing pressure;

- необходимость расходования токсичных ПГ до момента падения ОЧ на поверхность Земли.- the need to expend toxic GHGs until the fall of OCh to the Earth's surface.

В таблице 1 приведен сравнительный анализ двух способов спуска: приложения импульса к центру масс ОЧ с использованием ГзРДУ и аэродинамический маневр для ОЧ первой ступени с использованием ГРС на АУТС.Table 1 shows a comparative analysis of two methods of descent: applying an impulse to the center of mass of the RP using the HGPR and aerodynamic maneuver for the first stage RP using the GDS on the automatic telephone exchange.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Из результатов сравнительного анализа, приведенного в таблице 1, следует, что для ОЧ первой ступени РКН, совершающей большую часть траектории движения в атмосфере, использование аэродинамического маневра с использованием ГРС предпочтительнее по сравнению с использованием ГзРДУ.From the results of the comparative analysis shown in Table 1, it follows that for the first stage ILV, which performs most of the trajectory of motion in the atmosphere, the use of aerodynamic maneuver using the GDS is preferable in comparison with the use of GDDS.

На ступени 11 в плоскости тангажа Х1ОY1 установлены сопла сброса 12, 13 продуктов газификации из бака (Г) и бака (О) 14, 15, обеспечивающие управляющие моменты относительно центра масс 16 для компенсации аэродинамических возмущающих моментов, прилагаемых к центру давления 17. Управление тягой сопел сброса продуктов газификации из бака (Г), (О) осуществляется регулируемыми клапанами 18, 19. Сопла сброса 20, 21 продуктов газификации из бака (О) в канале крена соединены через регулируемый клапан 22, а сопла сброса 23, 24 продуктов газификации из бака (Г) соединены через регулируемый клапан 25. Подача теплоносителя в баки (Г), (О) осуществляется из газогенераторов 26, 27.At step 11, in the pitch plane X 1 ОY 1 , nozzles for dumping 12, 13 of gasification products from tank (G) and tank (O) 14, 15 are installed, providing control moments relative to the center of mass 16 to compensate for aerodynamic disturbing moments applied to the center of pressure 17 The thrust control of the nozzles for the discharge of gasification products from the tank (G), (O) is carried out by adjustable valves 18, 19. The nozzles for the discharge of gasification products 20, 21 from the tank (O) in the roll channel are connected through an adjustable valve 22, and the discharge nozzles 23, 24 gasification products from the tank (G) is connected s through an adjustable valve 25. The coolant is supplied to the tanks (G), (O) from gas generators 26, 27.

После отделения ОЧ 11 в точке 2 траектории спуска, запускаются газогенераторы 26, 27 системы газификации. После достижения заданного давления в баках (О), (Г) вскрываются пиромембраны 28, 29, соответственно. Продукты газификации поступают через регулируемые клапаны 18, 19, 22, 25 из баков (Г), (О) на сопла сброса продуктов газификации 12, 13, 14, 15, 20, 21, 23, 24.After separating OCH 11 at point 2 of the descent trajectory, gas generators 26, 27 of the gasification system are started. After reaching the specified pressure in the tanks (O), (G), pyromembranes 28, 29, respectively, are opened. Gasification products enter through adjustable valves 18, 19, 22, 25 from tanks (G), (O) to nozzles for discharging gasification products 12, 13, 14, 15, 20, 21, 23, 24.

На ОЧ 11 на расстоянии LгрсГ от центра масс 16 установлены противоположно друг другу относительно продольной оси OX1 2 сопла сброса ПГ 12, 13 из бака (Г) и создают тяги

Figure 00000003
перпендикулярно продольной оси OX1.At OCH 11, at a distance L of grcG from the center of mass 16, 2 nozzles for dumping SG 12, 13 from the tank (G) are installed opposite to each other relative to the longitudinal axis OX 1 and create thrust
Figure 00000003
perpendicular to the longitudinal axis OX 1 .

Управляющие моменты в канале тангажа от сопел сброса ПГ из бака (Г) будут:The control moments in the pitch channel from the nozzles of the GHG discharge from the tank (G) will be:

Figure 00000004
Figure 00000004

Аналогично установлены сопла сброса ПГ из бака (О) 14, 15, создающие управляющие моменты в канале тангажа:Similarly, nozzles for dumping the GHG from the tank (О) 14, 15 are installed, which create control moments in the pitch channel:

Figure 00000005
Figure 00000005

Эти управляющие моменты формируются одновременно с использованием ПГ из баков (О) и (Г), поэтому можно записать:These control moments are formed simultaneously with the use of GH from tanks (O) and (G), so you can write:

Figure 00000006
Figure 00000006

Регулирование величин управляющих моментов обеспечивается за счет изменения тяг сопел сброса ГРС:The regulation of the values of the control moments is provided by changing the thrusts of the discharge nozzles of the GDS:

Figure 00000007
Figure 00000007

путем изменения секундного расхода ПГ через сопла 12, 13, 14, 15 регулирующими клапанами 18, 19, в результате чего тяга каждого сопла может изменяться в интервале [0, Рмакс].by changing the second GHG flow rate through nozzles 12, 13, 14, 15 by control valves 18, 19, as a result of which the thrust of each nozzle can vary in the interval [0, P max ].

Сопла сброса ПС из бака (О) 20, 21 и регулирующий клапан 22 установлены противоположно соплам сброса ПС из бака (Г) 23, 24 с регулирующим клапаном 25 на расстояниях Rгрс от продольной оси ОХ1. Наиболее предпочтительное место расположения ГРС по крену с точки зрения минимизации подводящих газовых магистралей между баками (О) и (Г).The nozzles for the discharge of PS from the tank (O) 20, 21 and the control valve 22 are installed opposite the nozzles for the discharge of PS from the tank (G) 23, 24 with the control valve 25 at distances R GRS from the longitudinal axis OX 1 . The most preferred location of the GDS along the roll from the point of view of minimizing the supply of gas lines between the tanks (O) and (G).

Управляющие моменты в канале крена формируются по аналогии с управляющими моментами в канале тангажа Mz1, а именно, путем сброса ПГ с баков (О), (Г):The control moments in the roll channel are formed by analogy with the control moments in the pitch channel M z1 , namely, by dumping the steam generator from the tanks (О), (Г):

Figure 00000008
Figure 00000008

Тяга сопел в канале крена регулируется с использованием регулируемых клапанов 22, 25 в диапазоне [0, Рмакс].The nozzle thrust in the roll channel is regulated using adjustable valves 22, 25 in the range [0, P max ].

Управление в канале рыскания осуществляется тем же составом сопел сброса ПГ, при этом осуществляется разворот ОЧ вокруг продольной оси OX1 на 90°. Учитывая низкие частоты процесса стабилизационных колебаний (фиг. 4), возникает возможность использования маневра по крену и отказа от установки дополнительных 4 сопел сброса ПГ для управления в канале рыскания.The control in the yaw channel is carried out by the same composition of the GHG discharge nozzles, while the OCh is rotated around the longitudinal axis OX 1 by 90 °. Given the low frequencies of the stabilization oscillation process (Fig. 4), it becomes possible to use roll maneuver and refuse to install additional 4 GHG reset nozzles for control in the yaw channel.

В общем случае возможна установка сопел сброса ПГ и в канале рыскания, конкретное решение о составе ГРС, т.е. дополнительной установке сопел сброса в канале рыскания, принимается в зависимости от динамических характеристик ОЧ (частоты и амплитуды стабилизационных колебаний ОЧ, которые определяются эффективностью управляющих органов

Figure 00000009
, коэффициентами настроек автомата стабилизации (см., например, кн. 1 Разоренов Г.Н., Бахрамов Э.А., Титов Ю.Ф. Системы управления летательными аппаратами (баллистическими ракетами и их головными частями). М.: Машиностроение, 2003. - 583 с.) при движении на атмосферном участке спуска).In the general case, it is possible to install GHG discharge nozzles in the yaw channel, as well as a specific decision on the composition of the gas distribution system, i.e. additional installation of discharge nozzles in the yaw channel is taken depending on the dynamic characteristics of the frequency response (frequencies and amplitudes of stabilization oscillations of the frequency response, which are determined by the efficiency of the governing bodies
Figure 00000009
, the coefficients of the settings of the stabilization automaton (see, for example, book 1 Razorenov GN, Bakhramov EA, Titov Yu.F. Control systems for aircraft (ballistic missiles and their warheads). M: Engineering, 2003 . - 583 p.) When driving in the atmospheric section of the descent).

При предлагаемом способе спуска (использованием аэродинамического воздействия для смещения точки падения ОЧ) ГРС служит для формирования управляющего момента Му, который уравновешивает аэродинамический момент Ма при движении ОЧ с балансировочным углом атаки α, определяемым из условия смещения ОЧ в точку 6.With the proposed method of descent (using aerodynamic action to offset the point of fall of the PF), the GDS serves to form a control moment M y , which balances the aerodynamic moment M a when the PF moves with a balanced angle of attack α, determined from the condition of the PF to point 6.

Система угловой стабилизации решает задачу отработки потребного угла атаки αП и формирует управляющий момент Му, который рассчитывается по формуле:The angular stabilization system solves the problem of working out the required angle of attack α P and generates a control moment M y , which is calculated by the formula:

Figure 00000010
где:
Figure 00000010
Where:

Figure 00000011
- коэффициент нормальной составляющей аэродинамической силы,
Figure 00000011
is the coefficient of the normal component of the aerodynamic force,

q, S - скоростной напор и площадь миделя ОЧ, соответственно,q, S - velocity head and midship midship area, respectively,

xD, xC - координаты центров масс и давления ОЧ,x D , x C - coordinates of the centers of mass and pressure of the OF,

kω, kα - коэффициенты усиления системы стабилизации по рассогласованию угловой скорости (ω-ωП) и угла отклонения (α-αП) от программной траектории.k ω , k α are the gains of the stabilization system for the mismatch of the angular velocity (ω-ω П ) and the deviation angle (α-α П ) from the program path.

Первое слагаемое обеспечивает программное значение угла атаки αП, второе и третье формируют обратную связь по скорости и рассогласованию от программной траектории, обеспечивая качество переходного процесса системы угловой стабилизации. При этом учитывается ограничение:The first term provides the program value of the angle of attack α P , the second and third form feedback on the speed and the mismatch from the program path, ensuring the quality of the transition process of the angular stabilization system. This takes into account the limitation:

Figure 00000012
Figure 00000012

Для обеспечения программного значения угла атаки αП величина управляющего момента ГРС определяется в соответствии с (6), (7). Из-за ограничения на управляющий момент (7) действительный угол атаки α может быть меньше потребного αП.To ensure the software value of the angle of attack α P, the value of the control moment of the GDS is determined in accordance with (6), (7). Due to the constraint on the control moment (7), the actual angle of attack α can be less than the required α P.

На фиг. 4 приведены параметры траектории спуска на примере ОЧ первой ступени РКН типа «Союз-2.1.в», пунктиром - программные значения, сплошной - фактические: угол наклона траектории θ(t), угол тангажа ϑ(t), угловая скорость ω(t), действительный α(t) и потребный угол атаки αП(t), поперечная аэродинамическая сила Y1(t) при исходных данных, приведенных в табл. 2In FIG. Figure 4 shows the parameters of the descent trajectory using the example of the Soyuz-2.1.v type LV first-stage launcher, the dotted line shows program values, the solid one shows the actual ones: trajectory angle θ (t), pitch angle ϑ (t), angular velocity ω (t) , the actual α (t) and the required angle of attack α P (t), the transverse aerodynamic force Y 1 (t) with the initial data given in table. 2

Figure 00000013
Figure 00000013

Из приведенных результатов следует, что предложенный способ спуска и устройство для его реализации являя.тся работоспособными и эффективными для спуска ОЧ первой ступени РКН на АУТС:From the above results it follows that the proposed method of descent and a device for its implementation are efficient and effective for lowering the first stage of the ILV to the automatic telephone exchange:

- обеспечивают высокую точность стабилизации ОЧ при штатных возмущениях и, соответственно, малые отклонения точки падения от расчетной точки (0,18 км);- provide high accuracy of the stabilization of the IF under standard disturbances and, accordingly, small deviations of the point of incidence from the calculated point (0.18 km);

- позволяют обеспечивать смещение точки падения ОЧ (до 30 км, что соответствует 5% от начальной дальности), эту величину можно существенно увеличить (до 20%), для этого необходимо увеличить допустимый угол атаки, тягу сопел ГРС;- they allow providing a shift in the point of incidence of the OC (up to 30 km, which corresponds to 5% of the initial range), this value can be significantly increased (up to 20%), for this it is necessary to increase the permissible angle of attack, the thrust of the nozzles of the gas distribution system;

- частоты колебаний ОЧ малы, что позволяет использовать установку сопел ГРС только в одном канале (тангажа или рыскания);- the frequencies of the OCh are small, which makes it possible to use the installation of GDS nozzles in only one channel (pitch or yaw);

- достигается снижение массы системы утилизации ПГ по сравнению с прототипом более чем на 20% за счет отсутствия магистрали подачи горючего в ГзРДУ, камер ГзРДУ и приводов, рамы крепления ГзРДУ и приводов.- a reduction in the mass of the GHG utilization system is achieved by more than 20% compared with the prototype due to the absence of a fuel supply line to the gas turbine propulsion system, the gas turbine propulsion chamber and drives, the mounting frame of the gas turbine propulsion system and drives.

Claims (2)

1. Способ спуска отделяющейся части (ОЧ) ступени ракеты космического назначения на жидких компонентах ракетного топлива в заданный район падения, основанный на стабилизации ОЧ в статически устойчивом положении, использовании энергетики, заключенной в невыработанных остатках жидких компонентов ракетного топлива на основе их газификации, обеспечении углового положения в пространстве, соответствующего минимальному углу атаки при входе ее в плотные слои атмосферы, отличающийся тем, что после отделения ОЧ управление спуском в заданный район падения осуществляют на атмосферном участке траектории спуска ОЧ за счет аэродинамического маневра, при этом управление движением центра масс и вокруг центра масс ОЧ осуществляют путем раздельного сброса продуктов газификации из баков горючего и окислителя через регулируемые сопла газореактивной системы, после завершения маневра осуществляют безмоментный сброс оставшихся продуктов газификации из баков через сопла сброса газореактивной системы.1. The method of lowering the separating part (OCh) of the space rocket stage on the liquid components of rocket fuel to a predetermined area of incidence, based on the stabilization of the OCh in a statically stable position, the use of energy, contained in the undeveloped residues of the liquid components of rocket fuel based on their gasification, providing an angular position in space corresponding to the minimum angle of attack when it enters the dense layers of the atmosphere, characterized in that after separation of the OCh, the descent control to a given paradise he falls are carried out on the atmospheric part of the path of descent of the HF due to aerodynamic maneuver, while the movement of the center of mass and around the center of mass of the HF is controlled by separately discharging the gasification products from the fuel and oxidizer tanks through the adjustable nozzles of the gas-reactive system, after the completion of the maneuver, they carry out the instantaneous discharge of the remaining products gasification from tanks through nozzles discharge gas-reactive system. 2. Отделяющаяся часть ракеты космического назначения, включающая в свой состав систему управления и навигации, топливный отсек, систему газификации жидких остатков топлива, отличающаяся тем, что в плоскостях стабилизации тангажа, рыскания, крена на максимальном удалении от центра масс установлены по 2 сопла сброса противоположно друг другу, соединенные магистралями подачи продуктов газификации через пиромембраны, регулируемые клапана с соответствующими баками. 2. The detachable part of a space rocket, including a control and navigation system, a fuel compartment, a system of gasification of liquid fuel residues, characterized in that in the planes of stabilization of pitch, yaw, and roll at a maximum distance from the center of mass, 2 discharge nozzles are installed opposite to each other, connected by highways supplying gasification products through pyromembranes, adjustable valves with corresponding tanks.
RU2015104530/11A 2015-02-10 2015-02-10 Method of descending separated space rocket stage and device therefor RU2581894C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015104530/11A RU2581894C1 (en) 2015-02-10 2015-02-10 Method of descending separated space rocket stage and device therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015104530/11A RU2581894C1 (en) 2015-02-10 2015-02-10 Method of descending separated space rocket stage and device therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2581894C1 true RU2581894C1 (en) 2016-04-20

Family

ID=56195054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015104530/11A RU2581894C1 (en) 2015-02-10 2015-02-10 Method of descending separated space rocket stage and device therefor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2581894C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2690304C1 (en) * 2018-07-02 2019-05-31 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" Method of flight-design tests of on-board system for evaporation of liquid fuel residues in tank of spent carrier rocket stage
RU2726214C1 (en) * 2019-11-19 2020-07-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) Method of lowering detachable part of rocket carrier stage and device for implementation thereof
RU2746473C1 (en) * 2020-05-13 2021-04-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) Method for lowering launch vehicle stage accelerator during emergency shutdown of liquid rocket engine and device for its implementation
RU2748079C1 (en) * 2020-07-10 2021-05-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) Method for separating payloads from the orbital stage of the launch vehicle with a liquid propellant engine
RU2793861C1 (en) * 2022-03-10 2023-04-07 ФКУ "Объединенное стратегическое командование Западного военного округа" Thrust control device for the propulsion systems of the soyuz-2 and angara space rockets, based on the assessment of the current values of thrust during flight according to telemetric information for falling separable parts into a given area

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5927653A (en) * 1996-04-17 1999-07-27 Kistler Aerospace Corporation Two-stage reusable earth-to-orbit aerospace vehicle and transport system
US20100320329A1 (en) * 2009-02-24 2010-12-23 Blue Origin, Llc Launch vehicles with fixed and deployable deceleration surfaces, and/or shaped fuel tanks, and associated systems and methods
RU2414391C1 (en) * 2009-06-22 2011-03-20 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" Method of descending space rocket stage separation part and device to this end
RU2506206C1 (en) * 2012-07-12 2014-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" Method of descending space rocket stage separation part and device to this end

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5927653A (en) * 1996-04-17 1999-07-27 Kistler Aerospace Corporation Two-stage reusable earth-to-orbit aerospace vehicle and transport system
US20100320329A1 (en) * 2009-02-24 2010-12-23 Blue Origin, Llc Launch vehicles with fixed and deployable deceleration surfaces, and/or shaped fuel tanks, and associated systems and methods
RU2414391C1 (en) * 2009-06-22 2011-03-20 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" Method of descending space rocket stage separation part and device to this end
RU2506206C1 (en) * 2012-07-12 2014-02-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Омский государственный технический университет" Method of descending space rocket stage separation part and device to this end

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2690304C1 (en) * 2018-07-02 2019-05-31 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" Method of flight-design tests of on-board system for evaporation of liquid fuel residues in tank of spent carrier rocket stage
RU2726214C1 (en) * 2019-11-19 2020-07-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) Method of lowering detachable part of rocket carrier stage and device for implementation thereof
RU2746473C1 (en) * 2020-05-13 2021-04-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) Method for lowering launch vehicle stage accelerator during emergency shutdown of liquid rocket engine and device for its implementation
RU2748079C1 (en) * 2020-07-10 2021-05-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет"(ОмГТУ) Method for separating payloads from the orbital stage of the launch vehicle with a liquid propellant engine
RU2793861C1 (en) * 2022-03-10 2023-04-07 ФКУ "Объединенное стратегическое командование Западного военного округа" Thrust control device for the propulsion systems of the soyuz-2 and angara space rockets, based on the assessment of the current values of thrust during flight according to telemetric information for falling separable parts into a given area

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2414391C1 (en) Method of descending space rocket stage separation part and device to this end
US8256203B1 (en) Rocket based combined cycle propulsion unit having external rocket thrusters
RU2581894C1 (en) Method of descending separated space rocket stage and device therefor
EP2466100B1 (en) Method and apparatus for variable exhaust nozzle exit area
Kanda et al. Conceptual study of a rocket-ramjet combined-cycle engine for an aerospace plane
CN109764774B (en) Test device for simulating rocket return landing process
Mehta et al. Water injection pre-compressor cooling assist space access
RU2475429C1 (en) Method of spacecraft stage separation part descent
RU2384473C2 (en) Hypersonic airplane with combat air craft laser
RU2562826C1 (en) Increasing efficiency of space rocket with mid-flight liquid-propellant engine
US20140331682A1 (en) High-speed-launch ramjet booster
CN120246232A (en) Control systems for aircraft
RU2484283C2 (en) Utilisation method of residual components of rocket fuel in spent stages of carrier rockets
RU2522536C1 (en) Method of rocket in-tank liquid-propellant gasification and device to this end
RU2621771C2 (en) Method of lowering the spent part of space-mission vehicle submissile and the device for its implementation
RU2380282C1 (en) Hypersonic aircraft and onboard combat laser
RU2368540C1 (en) Hypersonic airplane and rocket propulsion system of airplane
Zolla et al. Integrated Optimization of a Three-Stage Clustered Hybrid Rocket Launcher Using Neural Networks
RU2380651C1 (en) Multistaged air-defense missile
RU2726214C1 (en) Method of lowering detachable part of rocket carrier stage and device for implementation thereof
JP7273059B2 (en) A system for controlling velocity transition and thrust vectorization of multi-shape nozzles by secondary injection
Wiswell et al. X-15 propulsion system
Schmierer et al. Combined Trajectory Simulation and Optimization for Hybrid Rockets using ASTOS and ESPSS
RU2378158C1 (en) Hypersonic aircraft and its jet engine
Wilson et al. MESSENGER Propulsion System: Strategies for Orbit-Phase Propellant Extraction at Low Fill-Fractions

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner