Предисловие. 
Беспилотные летательные аппараты: нагрузки и нагрев

Одним из важнейших этапов проектирования беспилотного летательного аппарата (БПЛА) является расчет нагрузок, так как без них невозможно рассчитать его корпус и составные части на прочность, жесткость, устойчивость и назначить основные конструктивные размеры.

Сложность расчета БПЛА связана с гем, что из-за разнообразия режимов и условий эксплуатации нагрузки и нагрев имеют различную физическую природу, а следовательно, и собственные методы расчета, которые во многих случаях не имеют между собой ничего общего, но должны быть объединены в единую расчетную схему.

Для определения нагрузок необходимы сведения из таких дисциплин, как аэродинамика, газовая динамика, динамика полета, термодинамика и теплопередача, строительная механика и теория упругости. Кроме того, появляются трудности, связанные со стыковкой различных методов расчета.

В настоящем пособии излагаются основные методы расчета статических, динамических и тепловых нагрузок, действующих на корпус летательного аппарата (ЛА). Главное внимание уделяется практическим приложениям, для которых приводятся хорошо зарекомендовавшие себя расчетные соотношения, удобные в проектных расчетах.

В первых шести разделах подробно излагаются методы расчета статических нагрузок: массовых нагрузок и сосредоточенных сил, аэродинамических и газодинамических нагрузок от струй ракетных двигателей. Подробно рассматривается применение коэффициентов перегрузки для составления уравнений равновесия части ЛА, а также расчет структуры и газодинамических параметров струй ракетных двигателей, необходимых при определении нагрузок на корпус и при горячем разделении ступеней.

В седьмом разделе рассматриваются методы расчета осевых внутренних усилий в корпусе баллистической и крылатой ракеты на жидком и твердом топливе, порядок определения расчетного случая в типовых сечениях корпуса баллистической ракеты на жидком топливе с учетом изменения массы топлива в сс баках.

В восьмом разделе излагаются порядок расчета и правила построения эпюр перерезывающих сил и изгибающих моментов в поперечных сечениях корпуса баллистической и крылатой ракеты.

В девятом и десятом разделах на примере баллистической ракеты излагаются особенности расчета нагрузок, действующих на ЛА в процессе предстартовой подготовки, при старте и наземной эксплуатации.

Одиннадцатый и двенадцатый разделы посвящены динамическим нагрузкам, тринадцатый — нагреву корпуса Л, А в полете. Рассматриваются особенности расчета тепловых потоков с учетом конвективной и лучистой составляющей при аэродинамическом нагреве баллистической ракеты, движущейся по траектории, приводятся расчетные соотношения для определения конвективных тепловых потоков к стенкам двигателя твердого топлива. Раздел завершается методикой расчета тепловых потоков к корпусу ракеты от сверхзвуковой струи ракетного двигателя.

Материал учебного пособия охватывает широкий круг вопросов, связанных с определением силовых и тепловых на1рузок, действующих на корпус БПЛА. Поэтому вне зависимости от того, используется оно в учебном процессе полностью или только его отдельные разделы, обучаемые получат специальные знания в рассматриваемой области, а обширный библиографический список позволит расширить и углубить эти знания.

В процессе написания учебного пособия автор стремился к обобщению опубликованных в литературе сведений с целью создания расчетных соотношений и таких методик на их основе, которые позволят студенту или инженеру-проектанту быстро оценить внешнее воздействие на конструкцию БПЛА при различных режимах ее эксплуатации.

Автор надеется, что совокупность знаний, полученных в результате изучения материала учебного пособия, а также овладение расчетными методами, изложенными в нем, позволят читателю суметь применить их для расчета нагрузок, действующих на конкретную проектируемую конструкцию ракеты или другого беспилотного летательного аппарата.

В результате изучения материалов пособия студент должен освоить:

трудовые действия

• • владения методами анализа нарушения работоспособности летательных аппаратов и их силовых установок, поиска причин отказов их и разработки мер по их устранению и предупреждению;
• • методами оценки изменения основных данных летательных аппаратов и авиадвигателей и их элементов в процессе длительной эксплуатации по результатам современных средств регистрации и обработки полетной информации и по результатам наземных испытаний;
• • методами расчета и построения контрольно-записывающей аппараты для регистрации параметров рабочего процесса авиадвигателей и оценки их основных технико-экономических показателей;

необходимые умения

• • анализировать особенности конструкции летательных аппаратов;
• • проводить расчет основных систем летательных аппаратов, место и назначение основных электромеханических и электрогидравлических агрегатов в этих системах;
• • производить моделирование элементов летательных аппаратов на основе термодинамики;

необходимые знания

• • основ газовой динамики и аэродинамики летательных аппаратов;
• • принципов возникновения аэродинамических сил и моментов и основных аэродинамических характеристик крыла и самолета;
• • основных эксплуатационных ограничений режимов полета;
• • основ условий эксплуатации и нагружения конструкций летательных аппаратов.