Метеорологическая трехступенчатая ракета

 

Метеорологическая трехступенчатая ракета, применяемая для зондирования атмосферы. Ракета содержит первую и вторую ступени с устройствами запуска из двигателей, а также третью пассивную ступень. Устройство запуска двигателя второй ступени снабжено устройством временной задержки. Диаметры третьей и второй ступеней, вес ракеты и ее третьей ступени соответствует соотношению, указанному в описании. Использование ракеты обеспечивает максимальную высоту подъема третьей ступени без увеличения энергетики ракеты. 2 ил.

Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано в многоступенчатых ракетах, применяемых при зондировании и исследовании атмосферы.

Известна метеорологическая ракета [1] , используемая для проведения различных метеорологических исследований, состоящая из двух ступеней: первой ступени - двигателя с маршевой ступенью: диаметры первой, второй маршевой ступени одинакового размера.

Недостатком такого устройства при достижении определенной высоты является то, что вторая ступень включается сразу после окончания работы первой ступени, в плотных слоях атмосферы, что значительно увеличивает аэродинамическое сопротивление и тем самым уменьшает высоту полета второй ступени. Кроме того, выполнение второй ступени в одном диаметре и не отделение двигателя второй ступени от маревой ступени ввиду большого аэродинамического сопротивления приводит к еще большей потере высоты полета.

Указанные недостатки устранены в метеорологической трехступенчатой ракете.

Известная метеорологическая трехступенчатая ракета [2] имеет пассивную ступень, соединенную через переходной конус механизма отделения с второй ступенью, включающей устройство запуска, а вторая ступень через механизм отделения соединена с первой ступенью, включающей устройство запуска.

В приведенной метеорологической ракете диаметр пассивной ступени меньше диаметра второй ступени. Пассивная ступень отделяется от второй ступени. Наличие в конструкции отделяемой пассивной ступени, выполненной с меньшим диаметром чем вторая ступень, при сохраненных других характеристик аналога приводит к увеличению достижимой высоты. Увеличение достижимой высоты осуществляется за счет меньшего аэродинамического сопротивления при прохождении плотных слоев атмосферы.

Но включение второй ступени сразу после окончания работы первой ступени в плотных слоях атмосферы приводит к резкому повышению аэродинамического сопротивления и к уменьшению достижимой высоты.

Целью изобретения является: повышение высоты полета пассивной ступени за счет пассивного прохождения плотных слоев атмосферы ракеты с оптимально выбранными аэродинамическими и весовыми характеристикам при сохранении направления ее полета.

Указанная цель достигается тем, что в метеорологической трехступенчатой ракете, содержащей первую и вторую ступени с устройствами запуска их двигателей и механизмом отделения первой ступени, третью пассивную ступень, соединенную через переходной конус механизмом отделения с второй ступенью, причем в устройство запуска двигателя второй ступени введено устройство временной задержки, а диаметры третьей и второй ступеней, вес ракеты и ее третьей ступени соответствуют следующему соотношению, , где D₃ - диаметр третьей ступени; D₂ - диаметр второй ступени; G₃ - вес третьей ступени; G_р - вес ракеты; τ_1,2 - суммарное время работы двигателей 1-й и 2-й ступеней; τ_з2 - время задержки включения двигателя 2-й ступени.

Наряду с известными характеристиками D₃, D₂, G₃, G_р, τ_1,2 введенное в соотношение время задержки включения второй ступени позволяет пройти пассивной ступени с второй ступенью более плотные слои атмосферы на меньшей скорости, чем значительно снижает аэродинамическое сопротивление при работе второй ступени.

Введенные в соотношение τ_1,2 и τ_з2 являются статическими величинами, так как τ_1,2 зависит от таких величин: полного импульса, единичного импульса и веса топлива, а τ_з2 задается устройством временной задержки.

В области техники не обнаружено устройство и технических решений с такими же результатами. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения.

На фиг. 1 представлена предлагаемая ракета в сборе; на фиг. 2 - устройство запуска двигателя второй ступени.

Пассивная ступень 1 соединена со второй ступенью через переходной конус 2, в котором размещены инерционный замыкатель 3, электровоспламенитель 4, устройство временной задержки 5, источник питания 6.

В устройство временной задержки 4 запуска двигателя второй ступени могут входить гирозамедлители, временные механизмы или другие технические устройства, обеспечивающие наружную временную задержку.

В переходном конусе 2 размещается механизм отделения 7, с помощью которого пассивная ступень 1 соединена с второй ступенью 8.

В свою очередь, вторая ступень 8 через механизм отделения 9 соединена с первой ступенью 10.

Ракета работает следующим образом.

При старте ракеты включается двигатель первой ступени 10 и механизм его отделения 9 подготовлен к срабатыванию, на определенной высоте после выгорания топлива первой ступени 10, при достижении определенной отрицательной перегрузки срабатывает инерционный замыкатель 3, устройство временной задержки 5 запуска двигателя второй ступени 8 и механизм отделения 7 подготавливаются к срабатыванию.

Под действием аэродинамического сопротивления первая ступень 10 отделяется от метеорологической ракеты.

После достижения необходимой временной паузы, при работе устройства временной задержки 5, включается вторая ступень метеорологической ракеты.

После выгорания топлива второй ступени 8 и срабатывания механизма разделения 7 от инерционного замыкателя 3 вторая ступень 8 под воздействием аэродинамического сопротивления отделяется от пассивной ступени 1 и пассивная ступень по инерции продолжает движение вверх.

Экспериментальные и теоретические исследования показывают, что это соотношение выполняется для широкого класса метеорологических ракет.

Так, например, один одной из метеорологических ракет, имеющей следующие характеристики: D₂ - 0,15 м
D3 - 0,059 м
G₃ - 5 кг
G_р - 60 кг
τ_1,2 - 5,2 с
τ_з2 - 20 с
получим из соотношения

0,39 = 0,39
С учетом приведенных данных получена максимальная высота полета пассивной ступени 117 км. С теми же характеристиками, но с нулевой задержкой, то есть с включением второй ступени сразу после окончания работы первой ступени, получена высота 76 км.

Формула изобретения

Метеорологическая трехступенчатая ракета, содержащая первую и вторую ступени с устройствами запуска их двигателей и механизмом отделения первой ступени, третью пассивную ступень, соединенную через переходной конус механизмом отделения с второй ступенью, отличающаяся тем, что в устройство запуска двигателя второй ступени введено устройство временной задержки, а диаметр третьей и второй ступеней, вес ракеты и ее третьей ступени соответствуют следующему соотношению

где D₃ - диаметр третьей ступени;
D₂ - диаметр второй ступени;
G₃ - вес третьей ступени;
G_р - вес ракеты;
τ_1,2 - суммарное время работы двигателей первой и второй ступеней;
τ_з2 - время задержки включения двигателя второй ступени.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2