Сравнение сооружений по характерным размерам

В таблице 1.3 приведены габаритные характеристики газоходов стартовых сооружений для ракет-носителей различной тяги, от до , отечественных и "Сатурн-5" (США). Размеры стартовых сооружений различны, от до , то есть различаются в пять раз. Однако, если провести сравнение размеров, отнесенных к характерному диаметру , то различия будут значительно меньше, а сравнение объективнее.

Следует отметить, что глубина газохода и расстояние от сопел до днища газохода являются величинами, характеризующими габаритные размеры сооружения и ими определяется возможность обеспечения поворота струи двигательной установки без возникновения отраженных течений. Величиной определяется также возможность снижения уровня удельных силовых и тепловых нагрузок. В таблице 1.3 дается также среднее значение .

Таблица 1.3 Сравнение относительных размеров лотков испытательных стендов и стартовых сооружений
Индекс сооружения	Кол-во газоходов	Индекс изделия	, м				, м	, м	, м
17П31		11К25	20,56	0,04	0,73	0,73	10,2	40,0	46,0	4,0	4,5	4,2
17П31		"В"	28,89	0,06	1,04	1,04	13,9	40,0	46,0	2,9	3,3	3,1
11П825		11К25	20,56	0,07	1,28	1,28	5,5	21,0	27,0	3,8	4,9	4,3
11П825		"В"	28,89	0,1	1,80	1,80	7,45	21,0	27,0	2,8	3,3	3,1
СК-39 (старт)		S-5	34,62	0,11	1,15	1,15	5,1	15,0	24,8	3,0	4,9	4,0
СК-39 (стенд)		S-5	34,62	0,096	0,96	0,96	8,6	30,0	30,0	3,5	3,5	3,5
Стенд 2		ЭУ-15	9,77	0,02	0,3	0,3	6,1	37,0	35,0	6,0	5,8	5,9
11П852		11А52	30,68	0,11	1,53	1,53	6,0	21,0	19,0	3,5	3,2	3,3
8П882К		8К82К	6,27	0,18	2,367	2,367	2,72	8,5	7,0	3,13	2,57	2,8
11П877		11К77	4,17	0,03	0,60	0,60	2,95	22,0	18,2	7,45	6,15	6,8
8П871		8К71	3,43	0,01	0,12	0,12	4,0	27,0	20,3	6,7	5,1	5,9
8П871		8К71	3,43	0,008	0,096	0,096	4,0	35,2	28,5	8,8	7,1	8,0
8П871		8К71	3,43	0,006	0,074	0,074	4,0	42,3	35,6	10,6	8,8	9,7

Поперечный размер газохода менее важен при выполнении условия отвода газовых струй двигательной установки, так как на стенки газохода воздействуют растекающиеся по газоотражателю потоки. Поэтому влияние стенок приводит к увеличению толщины потока в газоходе и его направлению вдоль боковых стенок с подъемом вверх к выходу из газохода.

В то же время поперечные размеры газоходов должны обеспечивать вход составной струи двигательной установки при условии боковых смещений ракеты-носителя. Так, для обеспечения направления струи в газоход сооружения для старта "Спейс шаттл" устанавливаются дополнительные боковые газоотражатели. Отношение количества движения составной газовой струи к минимальной проходной площади газохода и окружающему давлению характеризует газонапряженность сооружения . Эта величина максимальна для сооружения 8П882К и достигает . Для большинства сооружений . Если представить произведением

,

то отношение показывает, какую часть газохода занимает газовый поток струй двигательной установки при статическом давлении . Отношение является характеристикой проходных сечений, а – интенсивности силовых и тепловых нагрузок.

Для более полной оценки теплонапряженности примем во внимание, что тепловые нагрузки (плотность теплового потока ) характеризуются числом Стантона

.

В то же время .

Поэтому уровень относительной теплонапряженности газоходов можно характеризовать величиной

,

где – перепад энтальпий для продуктов сгорания топлива рассматриваемой двигательной установки, отнесенный к перепаду энтальпий топлива "керосин – кислород".

На основании анализа газодинамических условий, реализующихся на стартовых комплексах, представленных в таблице 1.3, можно сделать следующие выводы.

Наибольшие размеры имеют стартовые сооружения 8П871 изделия 8К71. Для них, как обсуждалось выше, газодинамические условия при старте ракеты-носителя близки к условиям начала полета. Однако размеры этих стартовых сооружений нельзя признать оптимальными. В силу малой изученности процессов при старте размеры первых сооружений были значительно завышены. Если перенести эти подходы на выбор размеров стартового сооружения типа универсального комплекса "стенд-старт" для 11К25, то его размер должен быть около .

Минимальные относительные размеры имеет комплекс 8П882К. При этом практика его использования показала, что весьма высокая газонапряженность комплекса приводит к значительным разрушениям покрытий газоотражателя и газоходов и к необходимости проведения ремонтно-восстановительных работ после каждого пуска. Поэтому следует признать, что оптимальными относительными размерами являются .

Использование в комплексе 11П877 величины для начального расстояния между срезом сопел и основанием газоходов было вызвано тем, что, с целью применения только одного патрубка, вводящего воду в струю под каждое сопло, было целесообразно увеличить путь смешения водяных и газовых струй.

Сопоставление отечественных и зарубежных образцов пусковых устройств и методов отработки вопросов газодинамики показывает, что, несмотря на различия в отдельных решениях, вызванных разной технологией подготовки к пуску и различиями в характеристиках ракет-носителей, можно отметить общие подходы и решения.

Так, для пускового устройства общим является требование полного отвода газов, снижения импульсных и акустических нагрузок на ракету-носитель при ее запуске и подъеме, снижения тепловых нагрузок на газоотражатель и другие элементы, подвергающиеся воздействию струй двигательной установки. Относительные габариты пускового устройства, определяемые условиями газодинамики, остаются сопоставимыми.

Общие подходы можно отметить и в методах экспериментальной отработки и в применении методов снижения нагрузок.

Однако, следует отметить, что решения по газодинамике стартового комплекса 11П877 способствовали созданию безремонтного, автоматизированного старта, не имеющего аналогов.

Следует отметить также, что созданная система экспериментальной отработки газодинамики старта позволяла своевременно отрабатывать газодинамические схемы стартов различных ракет-носителей и находить оптимальные направления в создании универсальных и надежных в отношении газодинамики стартовых комплексов.