МНОГОРАЗОВЫЙ ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ С АЭРОДРОМНЫМ СТАРТОМ

Полезная модель относится к многоразовым воздушно-космическим аппаратам для выведения полезной нагрузки на космическую орбиту со стартом с обычного аэродрома. Известен ближайший аналог, реальный воздушно-космический аппарат с аэродромным стартом, содержащий первую пилотируемую возвращаемую ступень с максимальными дозвуковыми скоростями полета, а также с внешним расположением второй пилотируемой возвращаемой ступени с максимальными скоростями полета превышающими скорость звука, изготовленный компанией Скэйлд Композитс - (Scaled Composites, LLC 1624 Flight Line Mojave, CA. - сайт - ) - под названием Space Ship Two-Black Knight, однако эффективность дозвуковой первой ступени, высота и скорость полета ниже, чем у сверхзвуковой. Известен реальный прототип подобного аппарата со сверхзвуковой первой ступенью под условным названием РАСКАЛ (RASCAL) (Источник AIAA 2005-3241 American Institute of Aeronautics and Astronautics Responsive Access Small Cargo Affordable Launch (RASCAL) Independent Performance Evaluation David A. Young and John R. Olds Space Systems Design Lab School of Aerospace Engineering Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, 30332-0150, однако вторая ступень в виде ракеты находится внутри фюзеляжа и вследствие этого имеет ограниченные габаритные размеры.
Перед автором стояла задача создания воздушно-космического аппарата, имеющего большую эффективность, чем Space Ship Two-Black Knight с внешним расположением второй ступени, без ограничения внешних размеров, то есть установку соответствующих двигателей и изменение внешней формы, пригодной для сверхзвукового полета, - и при этом с максимально компактной компоновкой с малым аэродинамическим сопротивлением.
Для решения поставленной задачи (технического результата) предлагается воздушно-космический аппарат содержащий как и аналог: в первой ступени - крыло (треугольной формы в плане), два двигателя со сверхзвуковыми режимами работы (в пирамидальных мотогондолах), шасси «автомобильной» схемы, но без фюзеляжа и кабины для пилота, что позволяет резко снизить лобовую площадь данной ступени, при этом все функции пилота выполняет бортовой компьютер, - то есть первая ступень минимальной конфигурации обладает максимальной сверхзвуковой скоростью полета и является беспилотной; вторая ступень - фюзеляж пирамидальной формы, крыло (треугольной формы в плане) и передняя плоскость (треугольной формы в плане), шасси обычной схемы, - располагается на узлах подвески между мотогондолами двигателей первой ступени и при этой плотной компоновке происходит дополнительное уменьшение лобового (аэродинамического) сопротивления за счет эффекта биплана Буземана - возникновения между близлежащими плоскостями в сверхзвуковом потоке системы скачков уплотнения, суммарно уменьшающих лобовое сопротивление этих плоскостей. Все вышеуказанное позволило:
1. Создать максимально компактную и простую конструкцию воздушно-космического аппарата с высоким аэродинамическим качеством и с минимальной массой и габаритами.
2. Получить недорогой, в сравнении с космическими шаттлами старого поколения, аппарат для выведения различных полезных нагрузок, включая экипаж, на орбиту, и при этом более эффективный, чем все мировые известные реальные конструкции аппаратов.
3. Минимизировать цену эксплуатационного обслуживания аппарата, и в том числе стоимость вывода полезной нагрузки, вследствие аэродромного старта.
На фиг.1 показана общая компоновка предлагаемого воздушно-космического аппарата - первой и второй ступеней изображенные в юго-восточной изометрии.
Воздушно-космический аппарат содержит первую ступень 1 и вторую ступень 2: в первой ступени - крыло 3 (треугольной формы в плане), два двигателя со сверхзвуковыми режимами работы 4 (в пирамидальных мотогондолах), шасси 5 «автомобильной» схемы; во второй ступени 6 - фюзеляж пирамидальной формы, крыло (треугольной формы в плане) и передняя плоскость (треугольной формы в плане), шасси обычной схемы, - располагается в стартовом положении на узлах подвески между мотогондолами двигателей первой ступени. В передней части второй ступени располагается головная часть, 7, - которая может при необходимости отделяться и выполнять функцию третьей самостоятельной возвращаемой из космоса пилотируемой ступени, в этом случае оставшаяся часть второй ступени может быть беспилотной. Эта же отделяемая и самостоятельная головная часть может исполнять функцию спасательной капсулы для экипажа, пассажиров и полезной нагрузки.
На основании приведенного описания и общей компоновки предлагаемого воздушно-космического аппарата проведен первый расчетный этап эскизного проектирования для аппарата стартовой массы 80000 кГ. со следующими техническими характеристиками:
- Экипаж: 2; Полезная нагрузка 3 ступени: 725-2500 кГ (разные орбиты)
2
- Длина: 19,88 м; Размах: 21.68 м; Высота: 4.24 м; Площадь крыла: 174 м
- Вес конструкции: 30,600 кГ; Взлетный вес: 80,000 кГ
- Двигатель 1 аналог 2×J58-1 turbojet, 14780 кГс (145 кН) каждый
- Двигатель 2: аналог 4×CR225-R rocket, 22940 кГс (225 кН) каждый
- Двигатель 3: аналог 1 (4)×CR16-R rocket, 1600 кГс (15.75 кН) каждый
- Колея шасси: 5.0 м; База шасси: 8.0 м.