Глава 9

ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ

Технический уровень какого-либо объекта (технического решения, системы, комплекса, машины, устройства и т.п.) отражает его совершенство, т.е. степень использования результатов, достижений научно-технического прогресса, и характеризуется совокупностью свойств, которую можно разделить на две подсовокупности: одна определяет функциональное совершенство объекта (выполнение основных функций), т.е. его эффективность, вторая характеризует вспомогательные свойства, параметры объекта (стоимость, эксплуатационные характеристики, экологическую чистоту и т.п.).

Для оценки технического уровня объекта необходимо использовать большое количество несоизмеримых, несопоставимых параметров [8]. Поэтому в подавляющем большинстве случаев не удается разработать комплексный критерий (коэффициент), характеризующий технический уровень объекта в целом.

Значительно проще (и одновременно более важно) выработать комплексный показатель - критерий оценки эффективности объекта, т.е. критерий совершенства вьшолнения основных функций объекта.

В технике понятие эффективность (в отличие от эффекта ) соизмеряет результат (эффект, пользу) с затратами на его получение, т.е. представляет собой некий коэффициент полезного действия (КПД), у которого в числителе - целевая функция, эффект, польза, результат, а в знаменателе - затраты (стоимость, масса, габаритные размеры, трудоемкость, временные затраты и т.п.). Этот критерий (коэффициент) эффективности в виде КПД будет иметь разный вид, различное значение не только для различных объектов, но и для одного и того же объекта в зависимости от назначения, условий использования, конъюнктуры и запросов потребителей (пользователей).

где Р - тяга двигателя; / - время работы двигателя.

Для газогенерирующих систем удельная энергия генерируемого газа пропорциональна произведению газовой постоянной {R) на температуру продуктов сгорания (7).

Основными функциями УЭУТТ, как объекта управления, являются глубина (диапазон) регулирования, динамические характеристики и точность реализации параметров режима.

В качестве затрат в ракетной технике чаще всего принимают массовые характеристики, так как они напрямую влияют на приращение скорости полезной нагрузки.

Рассмотрим критерии эффективности для каждой из вышеперечисленных целевых функций УЭУТТ, принимая в качестве затрат массу ЭУТТ.

Сравнительная оценка энергомассовых (баллистических) возможностей различных по назначению, габаритам, энергетике двигателей проводится по коэффициенту баллистической эффективности АГб, который в соответствии с вышеизложенным представляет собой отношение суммарного импульса тяги к массе двигателя, состоящей из массы топлива {М^) и массы конструкции {М^\

=171 (91)

М^{1 + а)

Для двигателей с постоянной (по времени работы) тягой (маршевые, ДМВ, двигатели с отсечкой тяги и т.п.)

У управляемых энергетических установок твердого топлива целевых функций (в зависимости от назначения) несколько. Как для управляемых двигателей, так и для любых ракетных (т.е. предназначенных для разгона полезной нагрузки, сообщения ей силового импульса) двигателей - это прежде всего суммарный импульс тяги

М^(1 + а) 1-ha

где /уд - удельный импульс тяги.

Обычно требуемые энергетические характеристики двигателя (/i) определяются техническим заданием (ТЗ), и разработчики ЭУТТ, рассматривая альтернативные варианты, сравнивают между собой только затраты на реализацию этих требований, т.е.

М,(Ц-а) = М±.

При сравнении альтернативных вариантов УЭУТТ для маршевых двигателей ракетных комплексов используется модификация коэффициента АГб, учитывающая влияние на эффективность УЭУТТ полезной нагрузки Мп.н'

Ke = J > (9-2)

где 9 = -7.

Эта модификация коэффициента Kq, с одной стороны, является коэффициентом полезного действия ЭУТТ, использующим в качестве затрат среднетраекторную массу ступени ракеты (0,5Мт + Л/пн + Мс), а с другой равна в первом приближении приращению скорости полезной нагрузки за время работы ступени, что убедительно свидетельствует об объективной оценке им баллистических свойств УЭУТТ.

Баллистические требования к управляемым ЭУТТ часто сводятся к выполнению заданного суммарного импульса тяги h = /удМг при конкретной величине массы полезной нагрузки Мпм, поэтому для этих ЭУ коэффициент баллистической эффективности удобно представить в виде