Разработка моделей, алгоритмов и расчетное обоснование выбора парашютной системы
Дипломная работа - Безопасность жизнедеятельности
Другие дипломы по предмету Безопасность жизнедеятельности
алгоритм вычисления силы удара и перегрузок состоит из следующих шагов:
Шаг 1. Ввод исходных данных:
-массы буя, длины и диаметра корпуса, длины головной части, диаметра плоского среза головной части;
-скорости и угла приводнения буя, значения коэффициента лобового сопротивления.
Шаг 2. Для начальных условий вычисляем:
-число кавитации s;
-возможные размеры каверны - диаметр и длину продольной полуоси;
-для принятого шага интегрирования и начальных условий входа в воду определяем форму и размеры погруженной части каверны;
-находим значения присоединенных масс погруженной части.
Шаг 3. Вычисляем значения проекций ударного воздействия Rx на продольную и Ry на нормальную оси аппарата и соответствующие им перегрузки nx, ny.
Шаг 4. Одним из численных методов для выбранного шага интегрирования решаем систему уравнений:
где V - скорость; q - угол наклона траектории; nx, ny - перегрузки; S - пройденный путь; X ,Y - координаты траектории и вычисляем текущее значение времени t = t + dt.
Шаг 5. Если время меньше наперед заданного или пройденный путь меньше длины головной части, то следует идти к шагу 2, иначе остановить счет.
На основе этого алгоритма составлена вычислительная программа, которая позволяет определить действующие перегрузки исходя из условий приводнения.
1.3 Анализ полученных результатов
На предварительном этапе допустимая скорость приводнения определялась при следующих допущениях:
-изделие приводняется нормально к водной поверхности
-головная часть изделия представляет собой усеченный конус, причем радиус меньшего основания равен 0,1 м., а радиус большего основания равен радиусу корпуса изделия - 0,22 м.
Результаты проведенных расчетов представлены на (рис. 9), из которого следует, что в случае удовлетворения требуемым ограничениям по перегрузкам n = 100g скорость приводнения должна находиться в диапазоне 22 м/с.
Рис. 9. Зависимость действующих перегрузок от скорости приводнения буя.
2. Внешняя баллистика
В настоящем разделе представлены основные характеристики движения системы груз-парашют на воздушном участке траектории. Основное внимание уделялось вопросам перегрузки при раскрытии парашюта и условиям входа в воду.
2.1 Начальные условия. Параметры атмосферы
В качестве начальных условий движения буя после отделения от авиационного носителя приняты следующие:
-минимальная высота сбрасывания400 м,
-максимальная высота сбрасывания800 м,
-скорость носителя в момент сбрасывания(56 - 208) м/с, (200 - 750 км/час),
-углы пикирования и кабрирования нулевые.
Движение объекта происходит в воздушной среде, воздействие которой на него выражается через аэродинамические силы и моменты. Для правильной количественной оценки этих факторов надо иметь сведения о состоянии воздушной оболочки Земли.
Важными характеристиками состояния атмосферы являются давление и плотность воздуха, которые в отличие от температуры с ростом высоты монотонно уменьшаются, причем их вертикальный градиент с высотой также уменьшается. Чрезвычайно важное значение также имеют характеристики сжимаемости и вязкости воздуха, скорость звука в воздухе и динамический (или кинематический) коэффициент вязкости, с помощью которых производится количественная оценка аэродинамических сил моментов.
Изменение давления и плотности воздуха с высотой можно описать следующими выражениями:
; (2.1)
(2.2)
Здесь r - плотность; p - давление; T - температура; R - газовая постоянная; g - ускорение силы тяжести; y - высота над уровнем моря.
Индексами "0" обозначены значения этих параметров на уровне моря.
Для стандартизации параметров атмосферы разработаны ГОСТы стандартной атмосферы. Примером такого стандарта является СА-64.
В СА-64 [7] принято центральное поле тяготения шарообразной Земли и в связи с этим значения температуры, давления и скорости звука даны в зависимости как от геометрической у, так и от геопотенциальной у* высоты. Под последней понимают величину, имеющую размерность длины и определяемую выражением
Y* = y Rз/(Rз + y),
где Rз= 6371210 м - расчетное значение радиуса Земли.
Ускорение силы тяжести g0 на поверхности Земли в СА-64 принято равным g0 = 9,80665 м/с2, значение газовой постоянной R0 = 287 Дж/(кгК). Формула для вычисления температуры Т(у):
Т(y) = 288,15 - 6,51122 10-3 y при y < 11 000 м.
Обычно значения нормальной плотности воздуха на некоторой высоте у определяются с помощью функции Н(у)=rN(y)/r0, которую будем называть нормированной нормальной плотностью воздуха.
Принимая во внимание выражение (2.1), эту функцию можно представить в виде:
. (2.3)
Следует заметить, что выражение (2.3) особенно широко используется в баллистике авиационных объектов, поскольку в диапазоне их применения допущения о постоянстве g и R вполне оправданы. В конечном виде формула для определения нормированной нормальной плотности Н(у) представляется следующим образом:
СА-64:H(y) = (1 - 2.26 10-5y*)4.247 при у < 11 000 м.
При вычислении в дальнейшем характеристик движения изделия на воздушном участке траектории эти изменения протности с высотой будут учитываться.
2.2 Алгоритм решения задачи движения объекта на воздушном участке траектории
На начальной стадии проектирования, когда многих исходных данных еще не имеется, а требуется знат