Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

294	Глава 3.4. АЭРОГАЗОДИНАМИКА МОНО И МНОГОБЛОЧНЫХ РН

ло, тела вращения большого удлинения. Режи мы полета баллистических ракет являются весьма разнообразными и охватывают широ кий диапазон углов атаки, скоростей и высот полета. Несмотря на относительную простоту внешних форм этого класса ракет, аэродина мические проблемы, возникающие при обте кании их воздушным потоком, оказываются весьма сложными. Если рассматривать аэро динамические задачи последовательно во всех режимах полета, включая момент старта, то основными из них будут:

•ветровые нагрузки вблизи земли;

•местные нагрузки при обтекании ста ционарным потоком;

•суммарные стационарные нагрузки;

•статическая устойчивость и характери стика стабилизирующих и управляющих уст ройств;

•разделение ступеней

•аэродинамика отработанных ступеней.

Есть целый ряд и други которые в обычных условиях представляются несущест венными, но в отдельных конкретных компо новках и классах ракет они могут стать не ме нее важными, чем перечисленные. Необходи мо отметить, что названные выше аэродина мические задачи порой тесно связаны с други ми проблемами, такими как прочность, аэро упругость, аэродинамический нагрев и т.д. В конечном итоге именно комплексные соче тания подобных проблем и приходиться ре шать конструкторам и разработчикам при соз дании ракет.

3.4.1. ВЕТРОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА РАКЕТУ ПРИ СТАРТЕ И ТРАНСПОРТИРОВАНИИ. ВЛИЯНИЕ СТАРТОВЫХ СООРУЖЕНИЙ И ТРАНСПОРТИРОВОЧНЫХ АГРЕГАТОВ

Важным моментом в процессе сборки и наземной подготовки ракеты космического на4 значения (РКН) к пуску является транспорти ровка блоков и собранной РКН в условиях ветрового воздействия.

Аэродинамические силы и моменты, действующие на перевозимые грузы, сущест венно влияют на конфигурацию и конструк цию средств транспортирования и условия перевозки.

Как правило, пустотелые блоки и неза правленная РКН обладают значительной па русностью и сравнительно малым весом. Вет ровое воздействие на перевозимые грузы мо жет существенно уменьшать сцепление колес с

Рис. 3.4.1. Схема поперечного сечения транс портируемого груза:

1 — корпус; 2 — надстройка

грунтом при перевозке автотранспортом, что чревато сходом с дорожного полотна. Кроме того, возникают опрокидывающие моменты, усложняющие перевозку. Все это важно учи при проектировании транспортных аг

атакже при расчете нагружения пере

хгрузов.

Экспериментальные и расчетные иссле дования показывают, что на перевозимые бло ки и РКН в процессе транспортирования и при боковом ветре ( [ 90 ) одновременно действуют нормальная Y и поперечная Z силы (рис. 3.4.1) [1]. При этом в зависимости от расстояния L между грузом диаметром d и Землей, играющей роль экрана, а также кон фигурации транспортировочного агрегата нор мальная сила может действовать как на при жатие к Земле, так и на отрыв (рис. 3.4.2). Ве личина нормальной силы, соизмерима по ве личине с поперечной силой, действующей в направлении ветра.

Наличие на боковой поверхности корпу са (цилиндра) надстроек существенно искажа ет характер обтекания цилиндра и приводит к изменению аэродинамических характеристик, что происходит из за фиксации точек отрыва пограничного слоя на поверхности цилиндра в зоне расположения надстроек. Влияние над строек меняется в зависимости от угла их ориентации относительно вектора скорости набегающего потока.

Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

ВЕТРОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ПРИ СТАРТЕ И ТРАНСПОРТИРОВАНИИ	295

Рис. 3.4.2. Влияние экрана на коэффициент:

а — поперечной силы; б — нормальной силы; из. ц. — изолированный цилиндр

Рис. 3.4.3. Зависимости от	Рейнольдса и скорости V потока коэффициентов груза
	90 и Re (0,7…1,0) 106:
а — сz	силы; б — су нормальной силы

Важным параметром, определяющим ве личины аэродинамических сил при ветровом воздействии, является число Re (рис. 3.4.3).

Аналогичные проблемы возникают и при перегрузке РКН. В проекте «Морской старт» подготовка РКН «Зенит 3SL» осуществляется на сборочно4командном судне (СКС), а пуск — со стартовой платформы (СП) «Одиссей». Процесс перегрузки РКН с СКС на СП пред ставляет весьма сложную процедуру, несмотря на осуществление перегрузки с СКС на СП, пришвартованных к пирсу. Это связано преж де всего с ветровым воздействием на перегру жаемую РКН и малыми зазорами между ней и нижними воротами ангара на СП. Схема пере грузки показана на рис. 3.4.4.

Особенностью ветрового воздействия на РКН при перегрузке является то, что ракета находится в возмущенном поле скоростей [2]. В зависимости от направления действия ветра и высоты подъема реализуются профили ветра вблизи РКН, значительно отличающиеся друг от друга. В результате на РКН помимо аэроди намических сил действуют значительные воз мущающие моменты, усложняющие перегруз ку (рис. 3.4.5).

Разработанные в последние годы про граммные комплексы типа «FlowVision» позво ляют успешно решать задачи определения аэродинамических сил и моментов от ветрово го воздействия с достаточной для практиче ских целей точностью.

Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

296	Глава 3.4. АЭРОГАЗОДИНАМИКА МОНО И МНОГОБЛОЧНЫХ РН

Рис. 3.4.4. Схема перегрузки ракеты космического назначения «Зенит 3SL» со стартово командного судна на стартовую платформу «Одиссей»

Рис. 3.4.5. Распределение коэффициентов су и сz по длине ракеты на различных высотах подъема

Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

ВЕТРОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ПРИ СТАРТЕ И ТРАНСПОРТИРОВАНИИ	297

Рис. 3.4.6. Зависимости коэффициентов лобового сопротивления и боковой силы цилиндра с про дольными надстройками от числа Re (при поперечном обтекании)

Особенности аэродинамики ракет раз личных форм, установленных на стартовом со оружении, хорошо изучены и должным обра зом отражены в литературе [1]. Для большин ства РКН ветровое воздействие — расчетный случай нагружения хвостовых отсеков. Для этого режима характерно поперечное обтека ние ракеты ( − 90 ) дозвуковым несжимае мым потоком (М1 + 0,2) при различных на правлениях обдува, т.е. переменных углах аэродинамического крена п.

Структура течения около ракеты и вели чины аэродинамически и моментов за висят от числа Рейнольдса и наличия на по верхности корпусов выступающих элементов конструкции (рис. 3.4.6) [3]. В силу сущест венного влияния вязкости расчетные величи ны аэродинамических коэффициентов долж ны подтверждаться результатами эксперимен тальных исследований в трубах переменной плотности.

Не менее значительное влияние на аэро динамику РКН при стоянке и старте оказы вают наземные сооружения стартового ком плекса — башни обслуживания, установщи ки, кабель мачты и ферменные конструкции

различного назначения. Их присутствие вблизи ракеты и на некотором удалении от нее вносит возмущения в поток, воздейст вующий на РКН, и в ряде случаев иницииру ет возникновение нестационарных аэродина мических нагрузок. Влияние сооружений стартовых комплексов на аэродинамику РКН представляет весьма сложную задачу и срав нительно мало изучено.

В качестве примера влияния стартово го комплекса на аэродинамику РКН может быть рассмотрен стартовый комплекс «Морского старта» (рис. 3.4.7). РКН «Зе нит 3SL», установленная на пусковом уст ройстве СП, подвергается воздействию вет ра, профиль которого по высоте определя ется направлением обдува СП. Наиболее сильно профиль ветра деформируется при обдуве СП со стороны ангара или пускового устройства (рис. 3.4.8).

Эпюры распределения коэффициентов нормальных сил, характерные для этих на правлений обдува, показаны на рис. 3.4.9. При обдуве СП со стороны ангара хвостовая часть РКН может подвергаться воздействию воз вратных токов, формирующихся за ангаром.

Аджян А.П., Аким Э.Л., Алифанов О.М., Андреев А.Н. Ракетно-космическая техника. Машиностроение. Энциклопедия. T. IV-22 В двух книгах. Книга первая

298	Глава 3.4. АЭРОГАЗОДИНАМИКА МОНО И МНОГОБЛОЧНЫХ РН

Рис. 3.4.7. Система координат СП «Одиссей»

Рис. 3.4.8. Эпюры скорости набегающего потока для трехмерного варианта по линиям z 2; 0; 2 м (z у 0 на оси ракеты) для варианта без ракеты, азимут ветра 180 (со стороны ангара)