«Энергия» - «Буран»

     Первый пуск "Энергии" полностью подтвердил правильность разработанной концепции старта при штатном функционировании двигателей.

Проблемы аэрогазодинамики и аэроакустики

     Многоблочная несимметричная схема ракеты-носителя с параллельным размещением ракетных блоков и полезной нагрузки повлекла за собой ряд новых проблемных вопросов по аэрогазодинамике, решение которых в значительной мере определило динамику, нагрузки, устойчивость и управляемость.

     В процессе проектирования с целью снижения донного сопротивления, уменьшения уровня акустических нагрузок и ударно-волновых давлений был реализован комплекс конструктивных мер: выбрана рациональная компоновочная схема кормовой часта ракеты, определен допустимый вынос сопел маршевых двигателей за донный срез, установлена разумная последовательность запуска двигателей с обеспечением программированного прогрева газоотходов, предусмотрены способы снижения нагрузок на донные экраны и хвостовую часть ракеты.

     Особую опасность с точки зрения статических и динамических нагрузок, прочности и теплозащиты ракеты вызывал стартовый участок движения. На этом участке уровни ударно-волнового давления, пульсации давления, статические нагрузки на хвостовые отсеки ракеты при ветровом воздействии достигают максимальных значений. При подъеме ракеты действуют газодинамические нагрузки на днище от отраженных от сооружений и блока Я струй маршевых двигателей. При этом, в зависимости от траектории начального движения ракеты, эти нагрузки могут достигать высоких значений и быть определяющими.

     Появление узкополосных пульсаций давления на стартовом участке движения, опасных как для ракеты, так и для отсека полезной нагрузки, хвостовая часть которого расположена близко к двигателям ракеты, повлекло за собой проведение комплекса научно-исследовательских работ экспериментального подтверждения.

     Нестационарная и стационарная газодинамика изучалась на основе многочисленных модельных и стендовых испытаний. Известно, что при испытании моделей сравнительно небольшого масштаба на экспериментальных установках невозможно воспроизвести натурные условия и реальные физические процессы по ряду параметров. Поэтому были разработаны и в процессе экспериментальных исследований апробированы методы моделирования для всех видов газодинамических воздействий на ракету.

     Траектория полета ракеты "Энергия" на маршевом участке существенно отличается от траектории ранее разработанных ракет. Здесь нет короткого участка движения с явно выраженным максимумом скоростного напора, где нагрузки небольшие. Расчетные случаи нагружения по траектории полета помимо стартового участка охватывали также участок движения, где число Маха изменяется в достаточно широком диапазоне - от 0,4 до 2. Причем расчетные случаи нагружения для блоков однозначно не определяются, а существенное изменение аэродинамических характеристик по числу Маха в области трансзвуковых скоростей (М=0,8-1,3) требовало проведения испытаний при непрерывном их изменении с дискретностью 0,02. В этой связи объем аэрогазодинамических испытаний по определению суммарных и распределенных нагрузок больше, чем для моноблочной схемы ракеты.

     Уровни пульсаций давления на поверхности ракеты-носителя на маршевом участке полета, обусловленные отрывными зонами течения, турбулентным слоем, осцилляцией скачков уплотнения и истекающими струями основных двигателей для носовой и срединной частей ракеты достигают высоких значений, близких к значениям пульсации на хвостовых частях при старте. В связи с этим проводились исследования по выявлению зон узкополосных пульсаций, а также исследования и мероприятия, направленные на их уменьшение.

     Особенности аэродинамической компоновки ракеты-носителя исключали возможность широкого применения существующих расчетных методов, поэтому основной объем исходных данных определялся по результатам экспериментальных исследований на моделях. В ряде случаев использовались аналоговые методы исследований.

     Для решения уникальной задачи аэрогазодинамики разработан новый подход к организации и проведению экспериментальных исследований, проектированию и изготовлению аэродинамических моделей, измерению аэродинамических характеристик, обработке и анализу результатов исследований, подготовке исходных данных.

     С целью увеличения информативности каждого эксперимента, уменьшения погрешности измерений осуществлялось совмещение весовых, тензометрических и дренажных измерений в одном эксперименте.

     Впервые были реализованы возможность первичного контроля и вторичной обработки получаемой информации практически в темпе эксперимента, безбумажный способ передачи информации на магнитных носителях. Это позволило сократить сроки проведения экспериментов и обработки данных, а также значительно повысить качество выполнения работ.