Техника и вооружение 2006 03

Были определены основные направления исследований в области гидродинамики и газодинамики, являвшиеся ключевыми для решения этой большой научно-технической проблемы.

Процесс подводного старта ракеты можно разделить па несколько основных этапов, требующих специального теоретического и экспериментального изучения.

В момент запуска двигателя ракеты в шахте, заполненной водой, возникают сложные гидрогазодинамические процессы, в ходе которых реализуется сила, выталкивающая ракету из пусковой шахты. Исследования этих процессов привели к выдвижению так называемой «гипотезы изотермичности», заключающейся в том, что ь связи с громадной теплоемкостью воды присутствие в шахте даже относительно небольшого ее количества вызывает выравнивание и резкое понижение температуры газожидкостной смеси в процессе выхода ракеты из шахты (Е.Н. Капанкин, Э.В. Куприянов). Эта гипотеза, подтвержденная большим количеством экспериментов, позволила создать методику расчета внутренней баллистики пускового режима движения ракеты в шахте.

Гидродинамика и динамика взаимодействия ракеты, выходящей из вертикальной шахты движущейся подводной лодки, с поперечным потоком воды были исследованы теоретически и экспериментально. Полученные данные позволили построить математическую модель динамики выхода ракеты из шахты.

Скоростной катер с установкой для отработки газоструйной защиты баллистических ракет подводных лодок.

Модель для исследования кавитационного обтекания.

Бассейн для исследования подводного старта и входа в воду.

Опыты с динамически подобными моделями, стартующими из движущейся шахты, в гидроканале ЦАГИ позволили проверить разработанную математическую модель и показали хорошее соответствие теории и эксперимента.

Гидродинамика и динамика ракеты после отделения от носителя до пересечения поверхности воды изучались также на основе теории тонкого тела и экспериментально с помощью динамически подобных моделей. Для определения вихревой составляющей боковой силы в условиях нестационарного движения было проведено уникальное исследование по формированию сил, действующих на цилиндр в начало его поперечного движения из состояния покоя (М.Г. Щеглова, В.И. Огнев, Г.В. Maxoртых).

Это исследование привело к неожиданным результатам и способствовало существенному продвижению в понимании физики нестационарных гидродинамических процессов.

Опыт разработки первого поколения морских баллистических ракет (Р-11ФМ, Р-13, Р-21) показал, что использование лишь математических моделей для изучения процессов надводного и подводного старта с движущейся подводной лодки не может удовлетворять потребностям практики. По предложениям Г.В. Логвиновича, А.Б. Лотова и других ученых в филиале ЦАГИ создается целый комплекс уникальных установок и стендов для исследования процессов подводного старта. Работы велись конструкторским отделом филиала (А.В. Моденов, А.И. Болдин, Г.А. Майоров, Ю.П. Гребенникова и др.). В 1960 г. введен в эксплуатацию первый в стране баллистический бассейн с дон ной тележкой, имитирующей ход подводной лодки, пневматической пушкой для тел, входящих в воду, для проведения гидродинамических испытаний самоходных моделей. Подобную систему (конечно, с расширенными характеристиками) разработали в КБ Машиностроения в 1965 г.

В последующие годы создаются:

— вертикальный стенд с натурным давлением при старте;

— бак переменного давления, где проводились опыты с учетом не только числа Фруда, но и числа Эйлера, т. е. фактически создавались условия, когда давление в стенде при движении модели изменялось, подобно натуре, в несколько раз: от глубины старта до свободной поверхности или от свободной поверхности при входе в воду;

— горизонтальный стенд для отработки подводного стрелкового оружия (достигнуты скорости до 400 м/с) и ряд других установок и стендов.

В опытах на вертикальном стенде были получены значения давления в пусковой шахте, которые потом подтвердились на натурных пусках ракеты 4К10 (самой массовой подводной ракеты страны: под нее были построены в общей сложности 34 подводные лодки (16 пусковыми шахтами каждая).

За участие в разработке гидродинамики ракеты 4К10 правительственными наградами в 1968 г. были отмечены сотрудники филиала ЦАГИ В.Н. Архангельский, Г.В. Логвинович, Е.Н. Капанкин, А.В. Моденов, В.М. Ураков B.C. Демин.

Бак переменного давления.

Вертикальный стенд для отработки начального участка старта баллистических ракет с подводной лодки.

Экспериментальная установка на основе боевой торпеды для испытания газоструйной защиты ракет.

При создании ракеты 4К18 (на основе 4К10), предназначавшейся для атаки авианосных соединений вероятного противника, возникла проблема определения ударных нагрузок при ее входе в воду с большой дозвуковой скоростью. По предложению О.П. Шорыгина и Н.А. Шульмана на реактивном треке в Красноармейске была построена уникальная установка, на которой проводились исследования в условиях, близких к натурным, и выдавались рекомендации Заказчику.

Большие боковые силы и угловые отклонения, возникающие в процессе выхода ракет из шахты и при дальнейшем движении в воде, заставили искать способы снижения боковых гидродинамических сил. Были разработаны два близких по идеологии способа.

1. Образование каверны, охватывающей корпус ракеты.

2. Создание газоструйной завесы, также прикрывающей поверхность ракеты от поперечного потока воды.

Исследования по кавитационному старту проводились в связи с разработкой КБ «Арсенал» твердотопливной ракеты ЗМ17 (РСМ-45). Натурные испытания этого изделия подтвердили рекомендации ЦАГИ, и в 1980 г. РСМ-45 была принята в опытную эксплуатацию. Работы велись под руководством М. Г. Щегловой, Г.В. Махортых, А.А. Болдырева, В.И. Огнева.