СПОСОБ ОТВОДА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ СТРУЙ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ПРИ ЗАПУСКЕ СО СТАРТОВОГО КОМПЛЕКСА МНОГОБЛОЧНОЙ РАКЕТЫ
METHOD OF DEFLECTING HIGH-TEMPERATURE HIGH-SPEED JETS OF COMBUSTION PRODUCTS IN STARTING MULTIUNIT ROCKET FROM LAUNCH COMPLEX

Изобретение относится к ракетной технике, а более конкретно к стартовым комплексам ракет космического назначения, и может быть использовано для снижения газодинамического, теплового, ударно-волнового и акустического воздействия высокоскоростных и высокотемпературных струй продуктов сгорания, истекающих из двигателей многоблочной ракеты, как на ракету, так и на стартовый комплекс.
Запуск мощных многоблочных ракет космического назначения, как во время старта, так и до их подъема на высоту 50…60 м над стартовым столом комплекса, сопровождается следующими мощными воздействиями от истекающих высокоскоростных и высокотемпературных струй продуктов сгорания на стартовое сооружение, ракету и инфраструктуру ракетного стартового комплекса, а именно:
- газодинамическим;
- тепловым;
- акустическим;
- ударно-волновым.
Характер и величина этих воздействий сильно зависят от способов отвода струй продуктов сгорания ракетных двигателей многоблочной ракеты, а также от конструкции стартового сооружения и, в частности, конструкции лотка для отвода струй.
Взаимодействие струй от двигательных установок ракеты с окружающей средой, лотком для отвода струй, конструкциями и строениями стартового комплекса сопровождается в свою очередь воздействием на стартующую ракету и, в частности, на ее головную часть, отраженным от элементов стартового комплекса:
- акустическим излучением;
- вибрационным воздействием;
- тепловым излучением;
- ударно-волновым воздействием.
В связи с этим возникает задача по снижению этих отрицательных воздействий, во-первых, на головную часть, а во-вторых, собственно на стартующую ракету и элементы стартового сооружения.
Известен способ отвода высокотемпературных высокоскоростных струй продуктов сгорания при запуске со стартового комплекса многоблочной ракеты, состоящей из центрального и четного количества боковых блоков, включающий изолирование друг от друга струй продуктов сгорания от отдельных блоков и отклонение вертикальных струй продуктов сгорания от боковых блоков симметрично относительно струи продуктов сгорания от центрального блока и в одном с ней горизонтальном направлении [см. описание к патенту РФ №2180644, МПК B64G 5/00, 2001 г.].
В известном способе снижение отрицательного воздействия на головную часть ракеты, ракету и элементы стартового комплекса обеспечивается изолированием струи продуктов сгорания центрального блока от струй продуктов сгорания, истекающих из боковых блоков ракеты, с помощью желоба.
К недостаткам известного способа и реализующего его устройства можно отнести недостаточно эффективное снижение акустических и других вредных воздействий на головную часть ракеты, ракету в целом и стартовое сооружение при старте ракеты. Это связано с тем, что в известном способе с помощью желоба в лотке отделяется только струя продуктов сгорания центрального блока от струй продуктов сгорания от боковых блоков, но при этом струи продуктов сгорания от боковых блоков при их повороте с помощью лотка в горизонтальном направлении, параллельном направлению движения струи продуктов сгорания центрального блока, попарно накладываются друг на друга, что приводит к их взаимодействию и, соответственно, к повышению акустического и других вредных воздействий на головную часть ракеты, ракету в целом и стартовое сооружение. Таким образом, в известном способе не обеспечивается эффективное снижение акустического и других вредных воздействий на головную часть ракеты, ракету и стартовое сооружение при старте ракеты.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в разработке способа отвода высокотемпературных высокоскоростных струй продуктов сгорания при запуске со стартового комплекса многоблочной ракеты, обеспечивающего эффективное снижения уровней акустических и прочих отрицательных воздействий на головную часть ракеты, на ракету в целом и элементы стартового сооружения при старте ракеты.
Это достигается тем, что в известном способе отвода высокотемпературных высокоскоростных струй продуктов сгорания при запуске со стартового комплекса многоблочной ракеты, состоящей из центрального и четного количества боковых блоков, включающем изолирование друг от друга струй продуктов сгорания от отдельных блоков и отклонение вертикальных струй продуктов сгорания от боковых блоков симметрично относительно струи продуктов сгорания от центрального блока и в одном с ней горизонтальном направлении, согласно изобретению струи продуктов сгорания от боковых блоков отклоняют и одновременно разворачивают таким образом, что при сходе с лотка они располагаются в горизонтальном направлении в один ряд со струей от центрального блока с образованием зазоров между струями продуктов сгорания, а наружные боковые поверхности крайних струй защищают от растекания.
При этом струи продуктов сгорания от боковых блоков разворачивают по винтовой поверхности.
На фиг.1 показан в разрезе общий вид устройства для отвода высокоскоростных высокотемпературных струй продуктов сгорания от двигательных установок многоблочной ракеты (далее - устройство). На фиг.2 показан вид этого устройства на фиг.1 по стрелке А, на фиг.3 - сечение Б-Б фиг.1, а на фиг.4 - сечение В-В фиг.3.
Устройство (см. фиг.1) включает стартовое сооружение 1, в котором выполнен из бетона в форме полуцилиндра вертикальный колодец 2. Над колодцем 2 установлена многоблочная ракета 3, состоящая из центрального блока 4 и четырех боковых блоков 5 (боковых блоков 5 может быть два, шесть). В колодце 2 установлен двускатный лоток 6, выполненный в виде скатов 7 из листового материала, сопряженных вверху по ребру 8, расположенному в плоскости симметрии колодца 2 и многоблочной ракеты 3 (см. фиг.3). В скатах 7 лотка 6 напротив центрального блока 4 симметрично относительно ребра 8 выполнено отверстие 9 (круглое в плане, см. фиг.3) для отвода струи продуктов сгорания от его двигательной установки. Под отверстием 9 внутри лотка 6 перпендикулярно ребру 8 закреплен дополнительный скат 10 с плоской поверхностью для отклонения вертикальной струи продуктов сгорания от центрального блока 4 в горизонтальное направление, плоскость симметрии которого совпадает с плоскостью симметрии лотка 6 и проходит через ребро 8. На выходе из колодца 2 образующие ската 10 и скатов 7 лотка 6 образуют одну общую прямую горизонтальную линию, при этом нижние части скатов 7 и 10 образуют общую горизонтальную плоскость. Для предупреждения растекания периферийных струй продуктов сгорания на наружных кромках скатов 7 лотка 6 закреплены стенки 11, наверху которых с наклоном внутрь установлены козырьки 12. Вверху поверхности скатов 7 выполнены наклонными, при этом, начиная с зоны контакта с вертикальными струями продуктов сгорания боковых блоков 5, они выполнены по винтовой поверхности (например, в форме шнека). Такой профиль поверхности скатов 7 лотка 6 обеспечивает одновременное движение струй продуктов сгорания от боковых блоков 5 сначала вниз, а затем смещение этих струй продуктов сгорания относительно друг друга на разное расстояние от плоскости симметрии, проходящей через ребро 8 при одновременном их развороте, и перевод в горизонтальное направление, совпадающее с направлением струи продуктов сгорания от центрального блока 4. Этим самым обеспечивается смещение струй продуктов сгорания от каждого из боковых блоков 5 в верхней части скатов 7 лотка 6 с каждой стороны плоскости симметрии лотка 6 на разное от нее расстояние и одновременный их разворот и выход со скатов 7 в одном горизонтальном направлении. При этом струи продуктов сгорания от боковых блоков 5 располагаются симметрично относительно струи продуктов сгорания от центрального блока 4 и параллельно ей. Сопряжение скатов 7 с вертикальной частью внутренней поверхности колодца 2 на фиг.2 показано линиями 13. Следует отметить, что выполнение колодца 2 в форме полуцилиндра позволяет минимизировать его поперечный размер и одновременно такое исполнение является оптимальным для расположения в нем винтовой поверхности скатов 7 лотка 6.
Способ реализуется следующим образом.
В соответствии с заданной циклограммой пуска запускают двигательные установки многоблочной ракеты. При этом струя продуктов сгорания от центрального блока 4 через отверстие 9 в двухскатном лотке 6 попадает на дополнительный скат 10, с помощью которого она разворачивается в осевой плоскости ракеты из вертикального направления в горизонтальное. Струи продуктов сгорания от боковых блоков 5 попарно (слева и справа от ребра 8) попадают на скаты 7 лотка 6 и, взаимодействуя с их винтовой поверхностью, отклоняются симметрично в разные стороны и на разное расстояние от ребра 8 и одновременно разворачиваются из вертикального направления в горизонтальное, совпадающее с направлением струи продуктов сгорания от центрального блока 4. Винтовая поверхность скатов 7 лотка 6 проектируется таким образом, чтобы струи продуктов сгорания ближних к внутренней поверхности колодца 2 боковых блоков, во-первых, не прижимались к внутренней поверхности колодца 2, и, во-вторых, при подходе к горизонтальному участку скатов 7 струи продуктов сгорания от боковых блоков 5 ложились бы рядом со струей продуктов сгорания от центрального блока 4 и не соприкасались с ней и между собой, в противном случае это явится дополнительным источником акустического и других вредных воздействий на ракету и стартовый комплекс. Поскольку струи продуктов сгорания ведут себя как твердые гибкие тела типа резиновых жгутов, то это обеспечивает наличие зазоров между струями продуктов сгорания, что будет способствовать снижению уровня акустического излучения струй, так как обеспечивается их изоляция друг от друга (скорость движения струй при их развороте может иметь различные величины, что может при их взаимодействии между собой приводить к дополнительному акустическому излучению). Наличие боковых стенок 11 с козырьками 12 на нижней части лотка 6 препятствует растеканию крайних боковых струй продуктов сгорания в стороны от центральной струи продуктов сгорания.
Предложенный способ отвода струй продуктов сгорания обеспечивает эффективное снижения уровней акустических и прочих отрицательных воздействий на головную часть ракеты, на ракету в целом и элементы стартового сооружения при старте ракеты.