Источники энергии и виды газодинамических процессов при старте

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СТАРТЕ РАКЕТ-НОСИТЕЛЕЙ

Источники энергии и виды газодинамических процессов при старте

Источником энергии газодинамических процессов при старте являются струи продуктов сгорания высокоэнтальпийных топлив двигательной установки. В соответствии с тягой двигательной установки ракет (от до ) мощность струй имеет порядок от до .

В зависимости от формы проявления энергии при взаимодействии струй с элементами пускового устройства принято выделять следующие процессы:

· ударно-волновые;

· газодинамические (нестационарные и квазистационарные);

· тепловые;

· акустические.

К газодинамическим процессам относятся процессы, связанные с движением газов высокой кинетической энергии с высокими скоростными напорами при полном давлении в струе до и давлением торможения на преградах до . При этом суммарные нагрузки на газоотводные устройства обычно превышают силу тяги и составляют для ракет с тягой в диапазоне от до соответственно от до .

При большой их величине эти нагрузки не слишком сложны в определении и их учете при проектировании, так как они вызваны прямым воздействием струй, параметры которых определяются расчетным и экспериментальным путем с достаточной точностью. Сложнее определить нагрузки от эжектирующего эффекта струй (от до ) и от Прандтль – Майеровских разрежений (до ). Эжекционные нагрузки могут создавать значительные отрывающие усилия на больших поверхностях пускового устройства и ограждениях зоны движения струй без их непосредственного воздействия.

На облицовывающих поверхность газоотражателя плитах, помимо усилий от внешнего давления, могут реализовываться отрывающие усилия при затекании газов под облицовочные плиты. Тогда усилия на отрыв оказываются такого же порядка, как и прижимающие. Так, на газоотражателе универсального комплекса "стенд-старт" ожидалась возможность реализации отрывных усилий на плиты до и на это были рассчитаны элементы крепления плит (давление на плиты ).

Высокие параметры , , и температура на поверхностях, подвергающихся воздействию струй, вызывают значительное конвективное тепловое воздействие. Число Стантона достигает при этом ; плотность теплового потока к газоотражателю составляет в среднем , а максимальное значение доходит до . Суммарное тепловое воздействие может достигать за время воздействия от до секунд (в соответствии с тягой двигательной установки и параметрами ракет) . Время воздействия определяется, в соответствии с законом подъема ракеты,

и зависит от перегрузки ракеты , диаметра сопел двигательной установки , длины сверхзвукового участка струи двигательной ракеты . Длина сверхзвукового участка одиночной струи для современных двигателей ; для составной , .

Для современных ракет-носителей различного класса (легких, средних и тяжелых) стартовые веса и времена воздействия представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1