![]() |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
|
Вес
![]() | 60 – 600 | 600 – 1000 | |
Время
![]() | 2 – 3 | 3 – 10 | 5 – 12 |
Для ракеты "Сатурн-5":
;
;
;
;
;
.
С увеличением тяги одного двигателя при постоянной суммарной тяге двигательной установки время теплового воздействия возрастает за счет возрастания . Для отечественных ракет-носителей
;
.
При аварийном старте (отказ одного двигателя двигательной установки) продолжительность возрастает из-за понижения перегрузки
и может достигать
. На эту продолжительность должна рассчитываться облицовка газоотражателя, при этом
;
где ;
;
;
;
– избыточное давление на отражателе.
На интенсивность теплообмена при старте оказывает влияние акустическое воздействие, излучаемое струями двигательной установки. В некоторых случаях это воздействие может увеличивать интенсивность теплообмена на порядок. При этом число достигает
.
Рассмотрим основные применяемые теплозащитные покрытия и значения их эффективной энтальпии :
· ТТПС-15 (полиэтилен с MgO и ZnO). Температура разрушения ,
,
(холодное отвердение);
· ПКМ-6 (органо-керамическая композиция) ,
,
(холодное отвердение
);
· бетоны ,
,
.
Специфическим газодинамическим процессом является процесс образования при запуске двигательной установки волн сжатия (). Процесс формируется от движения фронта продуктов сгорания сначала по соплу, а затем по каналам стартового сооружения. Этот процесс принято называть ударно-волновым. Ударно-волновое давление, действующее на кормовую часть ракеты носителя, определяет ее прочность. Время нарастания давления
. Скорость движения фронта волн
,
в основном, близка к – скорости звука (
при малых
). Эти характеристики необходимо учитывать в динамике воздействия нагрузок на конструкции.
При отражении волны давления от выходного среза канала газохода образуются волны разрежения. Действие отраженных волн разрежения и эжектирующее действие массы газа формирующейся струи приводит к появлению интенсивного разрежения, по уровню близкого к уровню избыточного давления (от до
). Наибольшая интенсивность ударных волн имеет место в газоходах пускового устройства. Так, на первом шахтном пуске ракеты, которая впоследствии использовалась для запуска космических аппаратов "Космос", недостаточная прочность стакана шахты из-за неправильного учета уровня и динамики нагружения привела к потере устойчивости цилиндрического стакана и аварии.
Для некоторых стартовых систем с минимальными размерами ("Протон" и др.) интенсивность ударно-волновых процессов приводит к необходимости снижения воздействия на ракету с помощью специальных экранов. Аналогичные мероприятия осуществлялись после первого пуска на старте "Спейс шаттла" (апрель 1981 года).
К акустическим и пульсационным относятся процессы пульсаций давления, связанные с излучением турбулентной сверхзвуковой струей акустической энергии, с возбуждением колебаний в каналах и объемах стартового сооружения, в которых движутся газовые струи, а также с пульсациями в зонах действия струй на элементы пускового устройства и ракеты и в вихревых зонах. Значительное влияние на уровень акустических нагрузок оказывает отражение акустических волн от поверхностей площадки и стартового стола.
Акустическое излучение сверхзвуковой турбулентной струи характеризуется коэффициентом , дающим суммарную мощность акустического поля
от мощности струи
(или
).
Для ракеты-носителя "Сатурн-5" (
) мощность акустического излучения достигает
.
Воздействие на струи двигательной установки газоотводных устройств (газоотражателей, газоходов), в основном, приводит к уменьшению кинетической энергии и к уменьшению мощности акустического излучения. Однако здесь появляются такие новые факторы, как отражение акустической энергии, а также изменение направленности и новые дополнительные излучения от зон пульсаций давления на преграде. Все это приводит к тому, что акустические нагрузки на ракету-носитель (особенно корму) существенно превышают акустические нагрузки в полете. Так, акустические нагрузки при старте на больше, чем нагрузки от струй двигательной установки в полете. Эти нагрузки превосходят также акустические нагрузки от пульсаций в аэродинамическом потоке. Характерные акустические нагрузки от различных источников для ракет-носителей приведены в таблице 1.2.
Как видно из таблицы 1.2, акустические давления при старте, как правило, превышают давление в полете. Кроме того, они имеют существенно большую площадь воздействия на носитель, чем пульсации на выступающих элементах, в зонах отрыва и др. Кроме того, мощность акустических процессов при старте может существенно увеличиваться при возникновении автоколебательных процессов, то есть процессов с обратной связью.
Так, при возникновении автоколебаний в шахте для запуска ракеты-носителя спутников "Космос" наблюдался уровень пульсаций давления до . Такие условия запуска создавали аварийные ситуации, а также недопустимые отклонения в работе системы управления и элементов космического аппарата (ложные сигналы, погрешности в точности выведения и т.п.).
Здесь следует отметить, что последствия действия высоких акустических нагрузок на ракету трудно прогнозируемы, а иногда непредсказуемы. Это связано с тем, что:
· во-первых, сами пульсации имеют широкий спектр, и для струй двигательной установки он характеризуется полосой в восемь октав ;
· во-вторых, очень широк спектр собственных частот агрегатов и приборов на ракете, то есть и при узком дискретном воздействии авторезонансного процесса может иметь место отклик на него многочисленных элементов ракеты. При пусках носителя "Космос" имели место пульсации на частотах . При этом на такие частоты отмечалась реакция некоторых элементов системы управления, в том числе и командных приборов. Для обеспечения надежности пуска космических аппаратов "Космос" потребовалась разработка системы глушения автоколебаний и подавления аномально высокого уровня пульсаций на дискретной частоте.
Таблица 1.2
Акустические нагрузки для ракет-носителей
Источник | Отношение среднеквадратичного давления к ![]() | Звуковое давление, дБ | Частоты |
Турбулентный пограничный слой | 0,005 – 0,01 | 139 – 145 *) | Низкочастотный спектр |
Пульсации донного давления | 0,01 – 0,02 | 145 – 151 *) | Низкочастотный спектр |
Поток на выступающих элементах | 0,01 – 0,1 | 145 – 165 *) | Низкочастотный спектр |
Полостной резонанс | 0,02 – 0,35 | 154 – 175 *) | Дискретные частоты |
Отрывные течения | 0,02 – 0,1 | 154 – 165 *) | Дискретные частоты |
Пульсации скачка сверхзвукового потока | 0,05 – 0,1 | 159 – 165 *) | Дискретные частоты |
Пульсации скачка транс. звук | 0,05 – 0,25 | 159 – 171 *) | Дискретные частоты |
При старте на днище | - | 165 – 168 | Низкие частоты |
При старте из шахтного пускового устройства | - | 160 – 170 | Низкие частоты |
При автоколебательном процессе | - | 165 – 185 | Дискретные частоты |
Примечание: *) При .
С ростом мощности ракеты понижаются частоты акустических излучений согласно критерию . Одновременно, в определенной мере аналогично, понижаются частоты собственных колебаний агрегатов и приборов ракеты. С понижением частоты пульсаций воздействующего давления и понижением частот колебаний конструкций обостряются проблемы вибропрочности носителя. Эти нагрузки составляют существенную долю суммарных нагрузок и снижают запас прочности. Так, при старте ракеты-носителя Н-1 имел место низкочастотный автоколебательный процесс
с уровнем
, и потребовалось упрочнение крепления различных агрегатов в кормовом отсеке ракеты-носителя. Разрабатывались и средства подавления этого автоколебательного процесса, однако на натурном пуске эти средства не были установлены, а затем программа Н-1 была закрыта.
Параметры акустического нагружения ракеты-носителя определяют условия отработки агрегатов на виброакустических стендах. Ориентировочно можно отметить следующие характерные последствия воздействия на ракету-носитель акустических нагрузок:
· – сбои в работе аппаратуры;
· – поломки в аппаратуре;
· – потери прочности панелей при длительном нагружении и повторном нагружении.
Вследствие этого многие агрегаты ракеты-носителя должны проходить акустическую отработку на уровни акустических нагрузок при старте. Такую отработку проходили агрегаты ракеты-носителя "Энергия" и орбитального корабля "Буран".
Дата публикования: 2015-01-23; Прочитано: 722 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!