Эквивалентные испытания наземных пусковых устройств с использованием груза-макета

Для испытаний наземных пусковых устройств (НПУ) с различными типами приводов, как правило, используют грузы-макеты. Груз-макет, обладая массогабаритными характеристиками беспилотного летательного аппарата (БЛА), не воспроизводит его аэродинамических свойств, что обусловливает расхождение между модельным и оригинальным физическими процессами. В частности, в качестве груза-макета может быть использована металлическая труба, заполненная песком. Практическое отсутствие подъемной силы при разгоне груза-макета вносит искажение в силовой баланс рабочего процесса катапульты, которое нуждается в количественной оценке, необходимой для вывода заключения о корректности подобного модельного эксперимента.

Закон распределения тягового усилия НПУ по координате, взятой вдоль направляющей, однозначно определяет динамику старта БЛА, причем максимальная скорость схода БЛА достигается при постоянной тяге привода [1]. Однако, для любого типа привода НПУ (пиротехнического, пневматического, механического) характерна регрессия тягового усилия.

Различия в силовом балансе сводятся к следующему. Нормальная (по отношению к направляющей) составляющая силы, действующей на груз-макет, в процессе движения остается постоянной. В отличие от этого, по мере разгона БЛА подъемная сила возрастает, что приводит к разгрузке ведущей системы НПУ. По мере набора скорости БЛА его давление на направляющую может быть в значительной мере скомпенсировано, что приведет к соответствующему снижению силы сопротивления движению. В результате регрессия тягового усилия также компенсируется в прямой зависимости от аэродинамического качества БЛА и скорость схода возрастает. Поэтому, при прочих равных условиях (в первую очередь - ввиду незначительного вклада лобового сопротивления в общий силовой баланс), уменьшение регрессии тяги за счет повышения аэродинамического качества запускаемого объекта приводит к увеличению скорости схода.

Количественная оценка фактора аэродинамической разгрузки выведена по результатам численного эксперимента на базе комплексной газодинамической и механической модели НПУ [2] в виде необходимого ряда динамических характеристик процесса разгона груза-макета и БЛА с различными аэродинамическими свойствами. Для параметризации соответствующих графиков (рис. 1, 2) используется аэродинамическое качество БЛА: , где Y(α) - подъемная сила, X(α) - сила лобового сопротивления,α =const - угол установки метаемого объекта. Расчеты показали, что работа НПУ по разгону БЛА с высоким аэродинамическим качеством, всего лишь на 6% превышает таковую при по запуске груза-макета с нулевым качеством K(α)=0 (рис. 1). При этом потребная для достижения заданной скорости схода БЛА с высоким аэродинамическим качеством дистанция разгона сокращается всего лишь на 6..8 % (рис. 2).

Рис. 1. Отличия в законах стартовой пере-грузки в процессе разгона объектов с различ-ным аэродинамическим качеством

Рис. 2. Сокращение потребной дистанции разгона в зависимости от аэродинамического качества метаемого объекта

Приведенные на рис. 1 результаты также свидетельствуют о том, что полная компенсация регрессии тягового усилия исключительно счет улучшения аэродинамических свойств БЛА практически не осуществима. Однако пневматические НПУ для запуска легких БЛА массой до 25 кг с высоким аэродинамическим качеством без привлечения дополнительных средств могут компенсировать падение тягового усилия в конце участка разгона и, тем самым, позволяют сократить длину направляющей максимум на 6-8%.

Таким образом, использование грузов-макетов на ранних стадиях испытаний вполне правомочно, так как практически достижимый предел сокращения дистанции разгона за счет роста аэродинамического качества не превышает 6%, т. е. не влечет за собой принципиальных искажений общей картины процесса запуска. Представленные оценки содержат в себе гарантированный запас надежности ввиду относительно невысоких значений аэродинамического качества, типичных для БЛА легкого класса. Полученные численные результаты получили подтверждение при проведении серии баллистических бросков груза-макета и запусков БЛА РМ130У с пневматического НПУ Р12П [3] в рамках программы испытаний, проведенных OOO НПФ «Ротор» (г. Тольятти) (рис. 3).

а

б

Рис. 3. Испытания пневматического НПУ Р12П: а - бросок груза-макета; б - запуск реактивного БЛА РМ130У