«Энергия» - «Буран»

     Результаты летных испытаний ракеты-носителя "Энергия" подтвердили правильность исходных данных, приведенных в документации по аэродинамики ракеты. Аэродинамические характеристики, полученные по результатам измерений при летных испытаниях, лежат в пределах полосы исходных данных. Выбранные внешние обводы блоков и выступающих элементов конструкции ракеты, рациональная компоновка ее хвостовой части позволили получить очень небольшое для такого класса ракет аэродинамическое сопротивление. При этом донное сопротивление ракеты близко к нулю. Принятый вариант компоновки обеспечил наименьшие возмущающие аэродинамические моменты и малые изменения суммарных аэродинамических характеристик при существенных изменениях обводов полезного груза от цилиндрической формы до крылатой схемы. С учетом исходных данных по аэродинамическим силам и моментам, действующим на ракету, сопла двигателей и отделяемые блоки, правильно выбраны управляющие моменты, мощности рулевых приводов двигателей, средств разделения и районов падения отработанных блоков А. Оптимальная схема стравливания воздуха из отсеков из-под обтекателей, а также предложенные новые технические решения по запениванию свободных объемов обтекателей кабелей и трубопроводов на наружной поверхности блоков позволили существенно снизить нагрузки на оболочки отсеков и обтекателей и узлы их крепления до допустимых значений и снизить вес конструкции. Аэродинамические исследования позволили повысить летно-технические характеристики ракеты-носителя.

     Одним из источников, вызывающим динамические нагрузки на ракету, является пульсационная компонента давления, воздействующая на ее поверхность и порождаемая газодинамикой течений в донной области от струй маршевых двигателей, в том числе акустическим излучением и набегающим потоком на маршевом участке полета.

     Максимальные уровни пульсации давления на ракету наблюдаются на начальном участке движения при взаимодействии струй маршевых двигателей со стартовым сооружением и на маршевом участке полета при трансзвуковых скоростях.

     Определить расчетным путем всю совокупность характеристик пульсации, необходимых для выполнения прочностных расчетов конструкции ракеты, и путем проведения виброакустических испытаний ее элементов не представляется возможным, поэтому эти характеристики определялись экспериментально.

     Для исследования пульсации давления на указанных выше двух участках полета ракеты проводились соответствующие виды экспериментальных модельных исследований: эксперименты на стендах со струйными моделями, где имитировался отход ракеты от стартового сооружения, и эксперименты в аэродинамических трубах без струй и с имитацией струй натурных двигателей, где воспроизводились условия полета ракеты с различными параметрами набегающего потока.

     До первого пуска "Энергии" в части динамических нагрузок, вызываемых пульсацией давления на его внешней поверхности, решены основные проблемы и проведены исследования, позволившие получить достаточно надежные исходные данные.

     На начальном этапе работ были проведены исследования по оптимизации компоновочной схемы ракеты в целом с целью снижения воздействующих на конструкцию уровней пульсирующего давления. В частности, рассредоточение двигателей, что исключает образование закрытых донных областей, увеличенный вынос среза сопел за донные экраны блоков и наличие протоков между блоками создали условия, существенно уменьшающие вероятность возникновения интенсивных узкополосных составляющих в спектрах пульсации донного давления, определяемых газодинамикой кормовой части. Эти же факторы благоприятно сказались и на величине донного сопротивления.

     Положительную роль с точки зрения уменьшения уровней пульсации донного давления при старте сыграло и то обстоятельство, что начальное положение ракеты на стартовом сооружении смещено на 7,2 м выше нулевой отметки старта.

         В частности, на трансзвуковых режимах обтекания в "каналах" между блоками А и Ц было обнаружено возникновение узкополосных составляющих в спектрах пульсаций давления с характерными частотами 9-14 Гц. Одновременно были проведены экспериментальные проверки различных способов, обеспечивающих подавление этих узкополосных составляющих. В результате были получены достаточно надежные данные, подтверждающие конкретные возможности снижения динамических нагрузок на ракету при трансзвуковых режимах полета, которые при необходимости по результатам конструкторских проработок могут быть реализованы на ракете.

     Был проведен ряд исследований, позволивших продвинуться в понимании механизмов, способствующих развитию процессов пульсации, вызываемых как струями двигателей, так и внешним потоком. Были получены параметрические зависимости, что крайне важно для моделирования исследуемых процессов и перерасчета модельных данных на натурные условия. Например, получены новые результаты, связанные с особенностями акустического излучения высокоскоростной кислородно-водородной струи. Найдены параметры, наиболее сильно влияющие на ее акустические характеристики.