6 / 10
В.И. Бузулук, С.М. Михалёв
6
Инженерный журнал: наука и инновации
# 9·2017
Принято, что максимальная допустимая перегрузка составляет 1,7.
Оптимизируемыми параметрами являются тяговооруженность гипер-
звукового самолета-разгонщика и воздушно-космического самолета и
фазовые переменные в момент разделения ступеней в начале и конце
активного участка полета. Расчеты траектории проводились с исполь-
зованием приближенно оптимальных законов управления углом атаки
и тягой жидкостного ракетного двигателя. Все траектории начинаются
с горизонтального взлета, набора высоты, затем следует маневр «гор-
ка» и отсоединение ракетной системы. При этом для водородного
гиперзвукового самолета-разгонщика оптимальные параметры траек-
тории в момент отделения ракетно-космической системы составляют:
угол наклона траектории — θ = 17°, высота — 10 км и М = 0,63.
Максимальная скорость воздушно-космического самолета дости-
гает 7,8 км/с на высоте 100 км в конце активного участка. Далее по-
лет воздушно-космической системы происходит по баллистической
траектории с апогеем 140 км. После входа в атмосферу его планиро-
вание происходит на постоянном угле атаки (α = 45°), позволяющем
снизить аэродинамический нагрев во время спуска с орбиты.
Для определения массы полезной нагрузки воздушно-космической
системы был сформирован облик аэрокосмической системы в сборе
и ее ступеней, а также определены основные весовые, геометриче-
ские и другие характеристики. Для использования криогенных видов
топлива потребуется новая аэропортовая инфраструктура. Жидкий
водород имеет наибольший удельный импульс и существенно мень-
шую плотность, чем керосин. Жидкий метан занимает промежуточ-
ное положение между водородом и керосином. Расчеты показали, что
при переходе с керосинового на водородный вид топлива у гипер-
звукового самолета-разгонщика одновременно увеличиваются скорость
отделения воздушно-космического самолета (с 3 750 до 4 100 м/с) и его
стартовая масса (с 17,76 до 20,87 т). В результате масса полезной
нагрузки (ПН) при использовании водородного вида топлива увеличи-
вается до 3,2 т, что соответствует суммарной численности в семь чело-
век против пяти для метанового и керосинового вариантов (табл. 2).
Таблица 2
Характеристика ракетной системы гиперзвукового самолета-разгонщика
в зависимости от вида используемого топлива
Параметр
Керосин +
+ кислород
Метан +
+ кислород
Водород +
+ кислород
Объем топлива, м
3
92,4
112,6
240,5
Масса самолета-разгонщика, т
102,2
102,2
99,1
Масса воздушно-космического
самолета, т
17,8
17,8
20,9
Масса полезной нагрузки, т
2,2
2,3
3,2
Экипаж + пассажиры, чел.
2 + 3
2 + 3
2 + 5