ГЛАВА 18. ОБЩИЙ АНАЛИЗ РАКЕТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
Миллард В. Бартон (Millard V. Barton)*)

§ 18.1. Необходимость систематического подхода к проектированию ракетного летательного аппарата

Снаряд или космический летательный аппарат является сложным конгломератом, состоящим более чем из 300 000 деталей, каждая из которых должна правильно функционировать при расчетных условиях. Достаточно разрушения одной из них, чтобы в газетах появились заголовки типа «Неудачный снаряд». Если принять во внимание сложность полной системы снаряда, то становится удивительным, что более 30% первых ракетных летательных аппаратов поднялись с Земли. Такой успех является результатом тщательного планирования, высокого уровня технических знаний, длительных досборочных и послесборочных испытаний, современного уровня производства, значительных усилий людей и некоторого элемента удачи. Удачное проектирование конструкции летательного аппарата является важной частью успеха всей системы.

Конструкцию летательного аппарата можно считать в некотором отношении каркасом, к которому крепятся разнообразные составные части аппарата, например силовая установка, гидравлическая система, система управления, топливная система и полезная нагрузка. В роли каркаса конструкция обеспечивает передачу нагрузки от одной части летательного аппарата к другой, а также определяет характерную форму снаряда. Однако в новейших проектах описание конструкции несколько отличается от данного определения. Иногда трудно провести четкую границу между составными частями и конструкцией. На практике пытаются спроектировать конструкцию так, чтобы она выполняла многие функции; это очень важно с точки зрения исключения лишнего веса, а также простоты и надежности летательного аппарата. При таком подходе элементы конструкции, связывающие силовую установку и отсек с полезной нагрузкой, могут быть использованы в качестве топливных баков. Далее, давление в баках тоже может рассматриваться как часть конструкции, так как оно помогает нести нагрузки. В любом случае предпочтение из всех возможных элементов конструкции должно быть отдано тому элементу, который может нести нагрузку.

Главным принципом проектирования конструкции ракетного снаряда является принцип малого веса. Ни в каком другом типе средства передвижения лишний вес не сказывается так отрицательно. Несомненно, никто не задумывается над добавлением нескольких лишних фунтов к весу автомобиля, и хотя стоимость одного фунта веса самолета дальнего действия составляет 340 долларов в год, мы рассчитываем на известный комфорт в самолете, например на обитые кресла и художественное оформление салона. Для снарядов и космических летательных аппаратов дело обстоит несколько иначе. Один фунт лишнего веса снаряда дальнего действия может уменьшить дальность полета на 5 миль или больше. Фунт лишнего веса спутника может оказаться достаточным, чтобы привести к неудаче запуска.

Успешное проектирование летательного аппарата предполагает знание расчетных условий, применение технических и научных методов для решения многих сложных проблем и объединение многих взаимодействующих между собой компонент в одну законченную систему. Расчетные условия могут включать в себя условия окружающей среды на Земле и в полете, назначение снаряда, условия его защиты и многое другое; Определение величии нагрузок, температур и давлений, а также расчет электрической, пневматической, гидравлической систем, системы управления, силовой установки и корпуса снаряда требуют применения знаний из области свойств материалов, аэродинамики, теории горения, термодинамики, электроники и технологии производства. Все перечисленные вспомогательные системы должны быть соединены физически и функционально в единое целое. Расчет каждой вспомогательной системы должен проводиться на основе ее положения в полной системе и множества сложных взаимодействий, существующих между рассматриваемой вспомогательной системой и остальной частью летательного аппарата. Оптимальная полная система не есть обязательно сумма оптимальных вспомогательных систем, рассмотренных отдельно друг от друга. Этот факт иллюстрируется рис. 18.1.

Ниже рассматривается природа некоторых проблем расчета конструкции летательного аппарата и взаимодействия конструкции с другими вспомогательными системами. Особое внимание будет уделено изучению работы конструкции при движении снаряда на активном участке траектории.

*) Разработка методов общего анализа представляет собой результат коллективных усилий исследователей с весьма разнообразными интересами и различной квалификации. Обсуждение различных мнений, факторов и представлении было проведено в порядке дискуссии. Разработка § 18.4 была начата д-ром М. Клаузером (Milton Clauser); затем в ней приняли непосредственное участие П. И. Андерсон (Р. N. Anderson), П. Дергарабедиан (P. Dergarabedian), Б. Д. Фрид (В. D. Fried), X. Джонсон (И. Johnson), Л. Каплан (A. Kaplan), Дж. М. Ричардсон (J. M. Richardson) и Г. Е. Соломон (G. E. Solomon). Большой вклад в разработку § 18.5 сделали Дж. Г. Берри (J. G. Berry), Дж. Р. Фаулер (J. R. Fowler), Ю. Фапг (Y. С. Fung), Г. Глегорн (G. Gleghorn), Дж. В. Майлз (J. W. Miles), В. Т. Том-сон (W. Т. Thomson) и Дана Юнг (Dana Young).