Фюзеляж ракетоплана

 

Изобретение относится к области космической техники. Фюзеляж содержит обшивку, силовые элементы каркаса и осесимметричные магнитные элементы для управления высокотемпературным потоком при обтекании фюзеляжа, расположенные внутри и вдоль фюзеляжа с контурами, подобными контурам обшивки в поперечном сечении фюзеляжа. Магнитные элементы выполнены в виде силовых элементов каркаса. Технический результат - снижение веса. 3 ил.

Изобретение относится к области ракетной техники и может применяться при разработке ракетопланов многоразового использования.

К настоящему времени разрабатываются ракетопланы многоразового использования, т.е. ракетопланы, летающие в космосе, возращающиеся в атмосферу, маневрирующие и приземляющиеся на аэродром подобно обычным самолетам (см., например, обзор ГОНТИ-4 "Многоразовая транспортная космическая система США "Спейс Шаттл", часть II, 1976 г.).

Данные этого обзора (стр.121-129) по конструктивному выполнению тепловой защиты фюзеляжа ракетоплана взяты за прототип изобретения.

Недостатком ракетопланов известных конструкций является достаточно сложная тепловая защита фюзеляжа, предохраняющая его от интенсивного аэродинамического нагрева при входе ракетоплана в плотные слои атмосферы и возвращении на Землю. Для этого вся наружная поверхность фюзеляжа покрыта тепловой защитой многоразового использования: керамическим или стекло-волокнистым материалом, абляционным материалом или тугоплавкими металлами и сплавами или тепловой защитой с испарительным охлаждением и т.п. (см. обзор ГОНТИ-4, стр.121-129).

Целью настоящего изобретения является устранение упомянутого недостатка ракетопланов с фюзеляжем известных конструкций.

Эта цель достигается тем, что фюзеляж ракетоплана, содержащий обшивку и элементы каркаса, снабжен осесимметричными магнитами, например, постоянными магнитами, установленными внутри и вдоль фюзеляжа, например, равномерно вдоль его длины. Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен ракетоплан, на фиг.2 показаны магниты, установленные вдоль фюзеляжа в виде постоянных магнитов, на фиг.3 - магниты в виде электромагнитов.

На чертежах обозначено: 1 - ракетоплан, 2 - фюзеляж ракетоплана, 3 - магниты, установленные внутри и вдоль фюзеляжа, 4 - магнитный аэродинамический профиль обтекания фюзеляжа, 5 - магнитные силовые линии, создаваемые единичными магнитами, 6 - осесимметричные каркасы магнитов, 7 - обшивка фюзеляжа.

Как видно из чертежей, упрощение тепловой защиты фюзеляжа 2 ракетоплана 1 достигается прикладным использованием магнитов 3.

Эти магниты размещены внутри фюзеляжа, выполнены осесимметричными и расположены вдоль фюзеляжа, например, равномерно по его длине. Каждый из единичных магнитов создает снаружи обшивки фюзеляжа магнитное поле 5, что образует в совокупности снаружи обшивки 7 фюзеляжа 2 магнитный аэродинамический профиль обтекания 4. Каждый из магнитов имеет осесимметричный каркас 6 с наружным контуром, близким к контуру обшивки в поперечном сечении фюзеляжа.

На чертежах для простоты не указаны традиционные элементы каркаса фюзеляжа (лонжероны, стрингеры, шпангоуты).

Предложенное устройство тепловой защиты фюзеляжа ракетоплана на основе прикладного использования магнитов работает следующим образом.

При входе ракетоплана в плотные слои атмосферы и возвращении его на Землю из-за торможения воздуха за ударной волной и в пограничном слое. температура поверхности фюзеляжа повышается и определяется зависимостью от температуры торможения. Как известно, например, при 1-й космической скорости температура торможения составляет 8·10³°С.

В итоге происходит диссоциация и ионизация молекул воздуха. Образующиеся при этом ионы и электроны диффундируют в более холодную область - к поверхности фюзеляжа, где выделяется тепло из-за обратной реакции-рекомбинации.

Благодаря магнитному аэродинамическому профилю обтекания 4 за пределами обшивки 7 фюзеляжа 2, создаваемому магнитами 3, расположенными внутри и вдоль фюзеляжа, конвективный нагрев непосредственно обшивки фюзеляжа уменьшается.

Последнее достигается тем, что диффузия электронов и ионов к поверхности фюзеляжа из-за магнитного поля 4 будет затруднена, чем и достигается поставленная цель изобретения.

Предложение может быть реализовано с использованием современных магнитов - либо постоянных магнитов, например, на основе кобальта в сочетании с редкоземельными элементами, либо сверхпроводящих магнитов.

Такие магниты способны обеспечивать напряженность магнитного поля снаружи обшивки фюзеляжа ракетоплана на уровне 10³-10⁶ эрстед, что позволяет создать эффективную тепловую защиту фюзеляжа.

Помимо этой основной цели предложение способствует целенаправленному изменению аэродинамических характеристик фюзеляжа ракетоплана, что позволяет обеспечивать оптимальные режимы обтекания при входе ракетоплана в плотные слои атмосферы и возвращении его на Землю.

Действительно, путем целенаправленного изменения напряженности магнитного поля как вдоль фюзеляжа, так и в поперечных сечениях представляется возможным управлять аэродинамическими силами и моментами, т.е., соответственно, управлять тепловым режимом нагрева фюзеляжа, устойчивостью и управляемостью ракетоплана.

Таким образом, новизна и промышленная полезность предложения обусловлены относительной простотой реализации тепловой защиты фюзеляжа ракетоплана путем прикладного использования современных магнитов, расположенных внутри и вдоль фюзеляжа. В случае необходимости такие магниты могут быть одновременно и силовыми элементами каркаса фюзеляжа, например шпангоутами.

Достаточно высокий уровень напряженности магнитного поля современных магнитов позволяет осуществить эффективное уменьшение конвективного нагрева поверхности фюзеляжа, а возможность управления магнитным полем - осуществить также и управление аэродинамическими характеристиками, позволяя реализовать оптимальные режимы обтекания при входе ракетоплана в плотные слои атмосферы и возвращении его на Землю.

Формула изобретения

Фюзеляж ракетоплана, содержащий обшивку, силовые элементы каркаса и осесимметричные магнитные элементы для управления высокотемпературным потоком при обтекании фюзеляжа, расположенные внутри и вдоль фюзеляжа с контурами, подобными контурам обшивки в поперечном сечении фюзеляжа, отличающийся тем, что, с целью снижения веса, магнитные элементы выполнены в виде силовых элементов каркаса.

РИСУНКИ