Нагрузки при старте из шахты или контейнера

Рассмотрим физические процессы, происходящие при старте ракеты из шахты или контейнера, которые определяют величину нагрузок, действующих на ракету.

На рис. 80 изображена схема ШПУ 1 с экранирующим стаканом 2, внутри которого установлена ракета 3, стартующая при помощи тяги основных двигателей. Характер нагружения ракеты в этом случае зависит от скорости нарастания тяги двигателя при его включении. Если запуск двигателя «пушечный», т. е. выход тяги на режим осуществляется за десятые доли секунды, то в начальный момент времени первая порция продуктов сгорания 4, истекающая из сопла, ударяется о неподвижный воздух, находящийся в шахте, что приводит к образованию ударной волны 5, которая, отражаясь от дна шахты, распространяется по ее каналам. Повышенное давление на ударной волне нагружает корпус ракеты и стенки шахты (рис. 81). Далее эта ударная волна отражается от верхней части шахты и движется навстречу продуктам истечения из двигателя, которые заполняют объем шахты. Наиболее опасным является нагружение ракеты при первом движении ударной волны по неподвижному воздуху. В дальнейшем продукты истечения из двигателя полностью заполняют шахтный объем и ракета нагружается стационарным давлением, устанавливающимся в шахте.

При «плавном» затянутом выходе двигателя на режим первая пусковая ударная волна вырождается в волну сжатия, а возникающее на корпусе давление будет значительно меньше, чем при «пушечном» запуске. Если ракета установлена в контейнере — глухой трубе, то процесс ее нагружения во многом аналогичен уже описанному, но здесь первая ударная волна 1, распространяющаяся в неподвижном воздухе, воздействует только на подракетный объем контейнера и днище ракеты. Так как подракетный объем замкнут, то давление, возникающее в нем по мере поступления в него новых порций газа из двигателя, может достигать больших значений, что недопустимо с точки зрения работы конструкции на прочность (рис. 82). Во-первых, повышенное давление действует на днище ракеты, а во-вторых, осевые перегрузки при движении ракеты в контейнере могут превзойти допустимые значения. Для снижения давления в подракетном объеме можно сделать окна для сброса избыточного газа в окружающую среду. Необходимо также отметить, что все описанные физические процессы сопровождаются нагревом корпуса ракеты и шахты горячими продуктами истечения из камеры сгорания двигателя.

Новые явления возникают при выходе ракеты из контейнера (рис. 83). Процесс раскрытия контейнера, когда ракета выходит из него, сопровождается образованием ударной волны I, которая распространяется по неподвижной окружающей среде. Повышенное давление на этой волне нагружает элементы стартового оборудования, находящегося вблизи места старта. Когда ракета нодни;

Рис. 82.

Рис. 83.

мается на расстояние в несколько диаметров выходного сечения сопла, струя, истекающая из него, может отразиться от контейнера и течь в направлении ракеты, подвергая ее дополнительному нагреву (рис. 84).