Багатоступеневий аерокосмічний літак

Багатоступеневий аерокосмічний літак, що містить багатоступеневий ракетний носій і аерокосмічний літак, який відрізняється тим, що його ступені є складовими крила. (19) (21) u200912040 (22) 24.11.2009 (24) 26.04.2010 (46) 26.04.2010, Бюл.№ 8, 2010 р. (72) АНТОНОВ ВОЛОДИМИР КОСТЯНТИНОВИЧ 3 шенні швидкості і висоти маса конструкції, що продовжує набір висоти, зменшується, що сприяє раціональній витраті палива. Проектування запропонованого багатоступеневого аерокосмічного літака здійснюється як багатофакторна багаторівнева оптимізаційна процедура. Вона є одночасно траєкторною - що визначає траєкторію руху і керування тягою і відокремлення ступенів; і конструкційною - що визначає розподілення маси і двигунів по ступенях, і геометричних параметрів ступенів. Практично оптимізаційна процедура побудови конструкції і визначення траєкторії містить два загальних блоки. Перший блок призначається для загального, без конструктивних обмежень, визначення масовоконструктивних параметрів. Для нього ставиться задача виводу на орбіту заданої маси за умови мінімальної витрати палива. Керуючими функціями вибираються площа крила, швидкість або тяга двигунів, кут нахилу траєкторії. Другий блок використовує результати розрахунку першого блока як перше наближення, і враховує конструктивний фактор багатоступеневості. Поряд з визначенням розподілу маси по ступенях і їх кількості за умов вартості окремого виготовлення, і кількості двигунів на них, в другому блоці визначаються стратегії керування за умов дискретного характеру зміни площі крила і ваги на відміну від першого блока, де ці параметри в модельному плані, для спрощення розрахунків і визначення загальних властивостей системи, передбачаються неперервними. Наявність декількох блоків з різним рівнем проектування дозволяє при їх одночасному використанні робити порівняння результатів розрахунків різних рівнів і запобігти виникненню помилок. Другий блок має два рівні реалізації. На першому рівні критерієм є мінімум загальної ваги конструкції. На другому - мінімальна собівартість. Підвищення вагової ефективності запропонованого аерокосмічного літака в порівнянні з літаком Буран полягає у тому, що за умови літакового старту суттєво послаблюються вимоги до міцності конструкції, бо на неї на відміну від ракети діють розподілені аеродинамічні сили. У щільних слоях атмосфери двигуни працюють у порівнянні з ракетою переважно на прискорення, а не на підйомну 49401 4 силу, яка в запропонованому літаку створюється багатоступеневим крилом. Таке крило утворює багатоступеневу ракету, кожна ступінь якої є складовою спільного крила або окремим крилом. Кожна ступінь має власний чи спільний для декількох ступенів двигун, або декілька двигунів, частина яких є спільною для декількох ступенів. Спільні двигуни окремих ступенів можуть працювати одночасно. Між ступенями здійснюється перекачка палива, що дозволяє раціонально використати двигуни і загальний запас палива. При одночасній роботі двигунів декількох ступенів паливо може перекачуватись у вищу ступінь для прискорення відокремлення чергової ступені, а також для витримування потрібної центровки. На момент виробки запасу палива із чергового ступеня він одразу чи через деякий час відокремлюється, а відсічка його двигунів може бути зроблена пізніше моменту виробки палива за рахунок вищих ступенів. Є оптимізаційна можливість затримки запуску двигунів наступного ступеня при використанні кінетичної енергії і аеродинамічного впливу ступеня з витраченим паливом, наприклад у випадку не монотонного по висоті профілю оптимального польоту при наборі висоти і виході на орбіту. Таким чином пошук оптимальної конструкції і траєкторії руху здійснюється за умов багатьох факторів, які формалізуються параметрами, на які накладаються умови сумісності і доцільності, - наприклад, недоцільно відокремлювати ступінь із залишком палива, доцільно розташовувати двигуни на вищих ступенях, а нижчі використовувати як крила і одночасно паливні баки. Для запропонованого літака поліпшуються умови безпеки польотів. Остання пілотована ступінь відіграє роль системи аварійного спасіння і може в аварійному випадку відокремлюватись, при цьому її кутове початкове розташування є більш сприятливим для здійснення аварійної посадки і не потребує витрат часу на додаткове керування в порівнянні з літаком Буран. Окремі ступені після відокремлення можуть приземлюватись і повторно використовуватись. Підвищена вагова ефективність дозволяє використовувати літак зокрема для боротьби із астероїдами, що загрожують зіткненням із Землею. 5 49401 6 7 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 49401 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601