Влияние различных факторов на снижение ударно-волнового давления

	1	2	3	4	5	6	7
Фактор
Влияние на	Уменьшается

3.1.5. Некоторые выводы и рекомендации по выбору оптимальных циклограмм запуска двигательной установки

Проведенная схематизация ударно-волнового процесса, несмотря на ряд упрощений реальной сложной пространственной картины развития процесса нестационарных волновых течений газов различного состава и температуры, позволяет получить, как следует из изложенного выше, важные результаты для практики газодинамического проектирования пусковых устройств.

1. По исходным данным для двигательной установки и предварительным параметрам пускового устройства можно оценить ожидаемые уровни ударно-волнового давления для ракеты-носителя и пускового устройства.

Следует отметить, что они могут возникать всегда, если время выхода на режим струйного газогенератора (двигательной установки или порохового аккумулятора давления) будет соизмеримо с временем пробега звуковых волн по каналам пускового устройства, имеющим протяженность , то есть .

В разделе 1.1 нашей книги отмечалось, что ударно-волновые процессы возникают также при выходе ракеты-носителя из шахты, в объеме которой имеется повышенное давление, в период раскупорки шахтного канала обтюраторами на днище ракеты-носителя.

Ударно-волновые процессы возникают также при резком сбросе режима работающей двигательной установки.

2. На предварительных этапах проектирования ракетного стартового комплекса разработанные методы позволяют с целью снижения ударно-волновых давлений:

• выбрать оптимальные циклограммы выхода на режим за счет разновременности включения групп двигателей из общего числа ();

• использовать предварительную ступень тяги или опережающий выход на режим рулевых двигателей;

• выбирать размеры каналов пускового устройства ( и ) из условия допустимости ударно-волновых нагрузок на ракету-носитель и пусковую установку.

3. Разработанные методы позволяют дать оценки снижения уровней ударно-волнового давления не только за счет изменения энергетических характеристик двигательной установки () и геометрических параметров пускового устройства ( и ), но и учесть временные факторы процесса. Так, при высоких скоростях выхода двигательной установки на режим , то есть при , уменьшение уровня за счет увеличения времени выхода на режим будет начинаться только тогда, когда увеличение дает значение числа . Наоборот, снижение за счет введения предварительной ступени даст результаты только тогда, когда число .

Приведенные выше положения иллюстрируются схемами, показанными на рис.3.3.

3.1.6. Краткий обзор методов расчета ударно-волнового давления

Рассмотренная схематизация была сведена к критериальным зависимостям

;

,

в которых функциональная зависимость от многих параметров двигательной установки и пускового устройства должна определяться на основании систематических экспериментов с вариациями многих параметров. При использовании этих зависимостей необходимо помнить, что в них принимается условие о малом отличии скорости волновых возмущений от скорости звука . При образовании интенсивных ударных волн их скорость будет

.

В этом случае приближенно оценить можно по формуле

,

в которую входит в неявном виде.

Если задано допустимое , то можно определить минимальное значение площади газоходов:

.

Эта формула применима для одномерного течения.

Для учета изменения площади применяют численные методы расчета, решая систему нестационарных дифференциальных уравнений идеального газа (уравнения Эйлера).

Численные методы дают возможность определить изменение давления в какой-либо точке в зависимости от времени. Изменение площади прохода в этом случае происходит ступенчато, то есть на протяжении длины площадь остается постоянной, а затем изменяется скачком.

В действительности течение в газоходе не одномерное, а в зазор между соплом и газоходом также происходит истечение продуктов сгорания. Эти условия требуют применения двумерных и трехмерных методов.

Двумерные методы достаточно развиты в ракетно-космической отрасли российской промышленности. Трехмерные методы требуют быстродействия ЭВМ порядка операций в секунду. В США такие расчеты проводятся: известно, что был проведен расчет нестационарных процессов для многоразового транспортного космического корабля "Спейс шаттл" при старте с базы Ванденберг. Однако известно и то, что расчеты для первого старта "Спейс шаттл" дали результаты, заниженные по сравнению с натурными данными пуска в раз.

Для подготовки второго пуска и отработки средств снижения импульсных нагрузок были проведены дополнительные эксперименты на крупномасштабной модели . Эти данные, а также отечественная практика, говорят о приоритете экспериментальных методов при изучении и отработке вопросов газодинамики старта.