1.3. Выбор газодинамической схемы старта
Вследствие высокой концентрации энергии в газовых струях продуктов сгорания топлив в двигательной установке ракет-носителей при проектировании пусковых установок ставится условие, как правило, полного отвода газов от ракеты с помощью отражателей и газоотводных устройств.
Газодинамической схемой старта принято называть совокупность схемных конструктивных решений по пусковой установке или стартовому сооружению, с помощью которых осуществляется отвод газов двигательной установки от ракеты или снижаются нагрузки на ракету при старте.
Состав данных, характеризующих газодинамическую схему старта, включает ожидаемые нагрузки от воздействия на ракету и пусковое устройство ударно-волновых, газодинамических, акустических и тепловых процессов, которые определяются в ходе экспериментальной отработки.
Газодинамическая схема в значительной мере определяет облик и размеры пусковой установки и сооружения, хотя само пусковое устройство предназначается для выполнения целого ряда прямых функций, входящих в технологию пуска. Классификация газодинамических схем пусковых устройств дается на рис.1.4. В приложении 1 даны газодинамические схемы пусковых устройств для запуска ракет космического назначения.
Различаются следующие типы пусковых устройств:
-
пусковой стол для ракет малой тяги (до
,
рис.1.5); -
заглубленное стартовое сооружение с газоотводным лотком или заглубленными каналами для ракет-носителей большой тяги (
); -
шахтная пусковая установка с газоходами для пусков носителей тягой (
).
Рис.1.4. Классификация газодинамических схем пусковых устройств
Рис.1.5. Пусковые столы с газоотражателями
1.3.1. Пуск ракет с пусковых столов
Для обеспечения
пусков ракет-носителей с пусковых столов
(рис.1.5-а), высота
которых не должна превышать
,
по технологии пуска ракет применяются
газоотражатели с гранями, отводящими
каждую струю двигательной установки
ракеты. В этом состоит основное содержание
схемных решений простейшей газодинамической
схемы. На рис.1.5-б
представлены схемы и параметры
газоотражателей ракет.
Экспериментально
отработанные геометрические характеристики
газоотражателя (
,
,
),
обеспечивающие полный отвод газов
двигательной установки, представлены
на рис.1.6. Без газоотражателя
высота пускового стола должна быть не
менее
для ракеты с
.
1.3.2. Газоотводные сооружения
Для первых
ракет-носителей ("Восток" и "Восход"),
имевших многоблочную компоновку с
двадцатью маршевыми двигателями, были
созданы газоотводные сооружения
лоткового типа, на которых носитель
подвешивался на откидных фермах на
значительной высоте от газоотводного
лотка (около
).
Выбором значительного расстояния сопел
двигательной установки над экраном
обеспечивалось практически полное
отсутствие влияния стартового сооружения
на кормовую часть ракеты. Таким образом,
условия у кормовой части были близки к
условиям начала свободного полета.
Однако проблема
отвода горячих газов не всегда решается
только выбором размеров газоотражателя.
В данном случае значительные размеры
глубины лотка (около
)
привели к мощному гравитационному
эффекту. Дело в том, что каждый двигатель
двигательной установки имел, кроме
промежуточной ступени на режиме запуска,
предварительную ступень тяги при очень
малом давлении в камере сгорания (около
).
При этом расход керосина был близок к
расходу на промежуточной ступени, и его
основная масса не сгорала в камере, а
догорала в объеме лотка. В результате
такого процесса возникали мощные
восходящие течения горячих газов,
воздействовавших на носитель по всей
его высоте и особенно интенсивно на
кормовую часть.
Рис.1.6. Геометрические параметры газоотражателей минимальных размеров
Для защиты от теплового воздействия кормовая часть первых ракет защищалась стекло- и асбестовой тканью. Для отвода этих "вялых" горячих газов в газодинамическую схему старта была введена специальная система газовой защиты – система эжекции, отводящая эжектирующим и активным воздействием горячие газы от ракеты.
Схема образования восходящих течений горячего газа дана на рис.1.7-а; схема течения при работе системы эжекции двух вариантов представлена на рис.1.7-б,в.