Техника и вооружение 2006 03

Вокруг данной тематики сформировалась научная школа со специфическими методами исследований и специализированной экспериментальной базой. Развитию этой школы способствовали такие видные ученые и исследователи, как Г.В. Логвинович, Л.А. Эпштейн, М.Г Щеглова, О.П. Шорыгин, Г.В. Уваров, Ю.Ф. Журавлев, Э.В. Парышев, Е.Н. Канапкин, М.Ю. Цейтлин, Е.А. Федоров, и многие более молодые ученые.

Важный для практики случай представляет собой развитая кавитация при наличии поддува газа в каверну. Именно за счет поддува удается реализовать многие положительные стороны течений с развитой кавитацией. Однако в случае искусственной подачи газа в каверну она превращается в сложную динамическую систему, требующую специального изучения проблем уноса газа и собственной устойчивости. Динамическая теория тонких осесимметричных каверн, заполненных упругим газом, была развита Э.В. Парышевым. Ему удалось качественно и количественно объяснить возникновение пульсаций каверны, выявить условия ее устойчивости и наметить гипотетическую возможность активного управления устойчивостью каверны за счет изменения объема специальной вспомогательной полости. Эта работа была отмечена премией им. Н.Е. Жуковского за 1986 г.

Обширные экспериментальные работы но взаимодействию каверны со струями поддува провели Ю.Ф. Журавлев и А.А. Болдырев.

С конца 1940-х гг. физические исследования и теоретические оценки особенностей формирования каверн позволили начать попытки создания скоростного объекта, движущегося в режиме развитой кавитации.

Первые самоходные опытные образцы удалось реализовать при более высоком, чем ожидалось, уровне сопротивления. Потребовались тщательные исследования, прежде всего экспериментальные, по обоснованию оптимальной формы корпуса, способов осуществления поддува в каверну, методов обеспечения устойчивости и управляемости.

К 1960 г. концепция суперкавитирующего объекта обрела законченность, что дало возможность поставить вопрос его практической разработки.

Решительный прорыв в практической реализации суперкавитационных режимов движения был сделан после принятия в 1961 г. постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР о разработке соответствующих скоростных объектов, ас 1964 г. решением ВПК при Совете Министров научное руководство программой было возложено на ЦАГИ в лице Г.В. Логвиновича. Постановление имело целый ряд важнейших последствий:

— определился разработчик сверхскоростного объекта — нынешнее ОАО Г11ПП «Регион»;

— тематика суперкавитационных течений получила импульс к развитию в целом ряде ведущих НИИ страны, прежде всего в НИИ механики МГУ. ИГ СО АН, ИГ АН УССР и др.;

— появилась возможность резко обновить и расширить экспериментальную базу ЦАГИ по скоростной гидродинамике'.

Существеннейшим элементом развития экспериментальной базы ЦАГИ стало создание инфраструктуры, обеспечивающей разработку, постройку и испытания крупномасштабных самоходных моделей-лабораторий, получивших по калибру корпуса общее название М-205. Модели оснащались двигателем, системой автоматического управления, бортовыми регистраторами. В общей сложности было выполнено около тысячи пусков моделей.

Наряду с исследованиями стационарных или почти стационарных режимов кавитационного обтекания появилась необходимость изучения нестационарных кавитационных течений, возникающих при быстром входе в воду тел различной формы.

Такие режимы движения отличаются особой сложностью, поскольку сопровождаются деформацией свободной поверхности жидкости, быстрым изменением смоченной поверхности тела, развитием нестационарных каверн с участием атмосферного воздуха, реализацией различных типов замыкания каверн. В ЦАГИ были выполнены обширные исследования но определению гидродинамических сил, возникающих в процессе пересечения телами свободной поверхности.

Изучение несимметричного входа в воду тел вращения и поиск путей снижения ударных гидродинамических сил привели к научному открытию, использование которого дает возможность практически полностью устранить нестационарную составляющую сил при погружении тел в жидкость.

Поверхностное смыкание каверн, возникающее при входе тел в воду через свободную поверхность, исследовалось Ю.Ф. Журавлевым, ему удалось разработать соответствующую математическую модель, адекватно описывающую явление.

Исследование кавитационного движения ракет.

Исследование входа в воду кавитирующей ракеты.

Изучение последующих стадий проникновения тела в жидкость в режиме развитой кавитации привело к обнаружению возможности достижения телом, имеющим определенную расчетную форму, больших глубин за очень короткое время. Так, при начальной скорости 1200 м/с тело массой 500 кг, движущееся по инерции, может достичь глубины 500 м менее чем за 1 с.

Одним из негативных явлений, сопровождающих вход скоростных объектов в воду, является возможность рикошета. Особенно вероятны рикошеты при входе в воду под малым утлом к горизонту. Это явление было подробно изучено в работах В.В. Стрекалова. Им была предложена классификация возможных вариантов рикошетов. Для устранения возможности рикошетов в ЦАГИ были разработаны обводы кавитаторов и специальных носовых насадков более чем двадцати вариантов.

Гидродинамика подводного старта объектов морского вооружения, в том числе баллистических ракет подводных лодок, — одно их важнейших направлений исследований отделения гидродинамики ЦАГИ.

Конструкторские бюро, которым поручалось создание баллистических ракет, а также противолодочных и противокорабельных ракет (КБ Машиностроения, ныне ГРЦ «КБ им. академика В.П. Макеева», НПО Машиностроения, КБ «Новатор» и др.) с начала 1960-х гг. привлекли к своим разработкам научные коллективы филиала ЦАГИ, НИИ механики МГУ и ряд других организаций. В филиале ЦАГИ значительно расширяется «оборонный отдел»: помимо двух существующих секторов организуются еще три. Сектора возглавляют Г.В. Логвинович, М.Г. Щеглова, О.П. Шорыгин, Е.Н. Капанкин, Ю.Ф. Журавлев.