Выбор услоВий нагружения ракеты космического назначения "зенит-3SL" В состаВе комплекса "морской старт"
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
Кузнецов В.К., Петров Н.К.
УДК 629.764.013.5
Выбор условий нагружения
Ракеты космического назначения «Зенит-3SL»
в составе комплекса «Морской старт»
© 2014 г. Кузнецов В.К., Петров Н.К.
ОАО «Ракетно-космическая корпорация “Энергия” имени С.П. Королёва» (РКК «Энергия»)
Ул. Ленина, 4А, г. Королёв, Московская область, Россия, 141070, e-mail: post@rsce.ru
Рассмотрены вопросы выбора условий нагружения ракеты космического назначения
«Зенит-3SL» в составе комплекса «Морской старт» с целью минимизации доработок кон-
струкции ракеты-носителя «Зенит» и разгонного блока типа ДМ. Показаны подход к реше-
нию проблем выбора условий нагружения и принятые при этом решения. Большое количество
пусков при различных условиях окружающей среды подтвердило правильность выбора условий
нагружения ракеты космического назначения «Зенит-3SL».
Ключевые слова: ракета-носитель, разгонный блок, качка, высота волны.
Selection of loading conditions
for Zenit-3SL INTEGRATED LAUNCH VEHICLE
within Sea Launch complex
Kuznetsov V.K., Petrov N.K.
S.P. Korolev Rocket and Space Public Сorporation Energia (RSC Energia)
4A Lenin Street, Korolev, Moscow region, 141070, Russia, e-mail: post@rsce.ru
Consideration is given to selection of loading conditions for Zenit-3SL launch vehicle as a part of Sea
Launch complex to minimize the Zenit launch vehicle and DM type upper stage structure modifications.
The approach to resolve the problems of selecting loading conditions, and taken decisions are shown.
A great number of launches under different environment conditions confirmed the right selection of the
loading conditions for Zenit-3SL launch vehicle.
Key words: launch vehicle, upper stage, sea motion, wave height.
кузнецов в.к. петров н.к.
КУЗНЕЦОВ Владимир Кондратьевич — заместитель начальника отдела РКК «Энергия»,
e-mail: vladimir.kuznetsov@rsce.ru
KUZNETSOV Vladimir Kondratyevich — Deputy Head of Department at RSC Energia
ПЕТРОВ Николай Константинович — дтн, заместитель генерального конструктора, руководитель
НТЦ РКК «Энергия», e-mail: nikolay.petrov@rsce.ru
PETROV Nikolay Konstantinovich — Doctor of Science (Engineering), Deputy General Designer, Head
of STC at RSC Energia
32 КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ № 2 (5)/2014
выбор условий нагружения ракеты космического назначения «зенит-3sl»
Решение вопросов интеграции всегда явля- лением действия ветра у поверхности воды.
ется необходимой и первоочередной процеду- Негоризонтальность платформы, существенно
рой, когда в одной сборке объединяются изде- влияющая на нагружение ракеты, должна быть
лия, разработанные и изготовленные разными минимизирована с помощью работы системы
предприятиями или странами для осуществле- поддержания крена и дифферента судна. Пара-
ния общих планов и целей. метры качки должны определяться только для
Действительно, и разработанная КБ «Юж- условий развившегося волнения. При этом кач-
ное» (Украина) двухступенчатая ракета- ка рассматривается как стационарный случай-
носитель (РН) «Зенит» для старта с космодрома ный процесс относительно статических углов
Байконур, и разгонный блок (РБ) типа ДМ, наклона стартовой платформы (СП).
разработанный РКК «Энергия» (Россия) для
РН «Протон», и блок полезного груза (БПГ), Выбор типа судна для старта РКН
включающий головной обтекатель для защиты
космического аппарата (КА) от внешних воз- Отдельно на начальном этапе проектирова-
действий, компании Boeing Commercial Space ния комплекса стояла проблема выбора типа
Company (BCSC, США), и стартовое устройство судна для сборки, транспортирования, про-
Конструкторского бюро транспортного маши- ведения предстартовой подготовки и старта
ностроения (КБТМ, Россия), и, наконец, старто- РКН. Были рассмотрены два возможных вари-
вое сооружение — плавающая платформа (быв- анта. Первый — использование монокорпусно-
шая нефтяная, восстановленная после пожара) го судна большого водоизмещения для сборки,
фирмы Kværner Moss Technology a.s. (Kværner, подготовки и пуска РКН. Второй — использо-
Норвегия) были объединены, в результате, в вание платформы (на двух понтонах) «Одис-
единый комплекс «Морской старт» [1]. сей» в качестве транспортного средства полно-
Одним из основных условий обеспечения стью собранной РКН и стартовой площадки.
успешной реализации проекта «Морской старт» Предварительные расчеты уровня нагружения
было уменьшение объема возможных дорабо- корневого сечения РКН при стоянке РКН без
ток уже готовых конструкций путем миними- ТУА в зависимости от значительной высо-
зации уровня их нагружения. В первую очередь ты волны HS, курсового угла набегания волн
это относилось к вновь создаваемой ракете кос- q (угол между направлением продольной оси
мического назначения (РКН) «Зенит-3SL». судна и направлением движения волн), для
Определение и выбор условий нагружения интервала времени наблюдения 15 мин, равно-
РКН в составе комплекса «Морской старт» го предполагаемому интервалу времени между
были осуществлены в результате совместной отсоединением ТУА от РКН и моментом стар-
работы инженеров и ученых вышеперечислен- та, для рассматриваемых вариантов судов при-
ных компаний и предприятий. ведены на рис. 1.
Факторы, влияющие на нагружение
конструкции
В качестве общего подхода к решению
проблемы определения нагрузок на РКН
(включая КА) было принято, что основными
факторами, влияющими на нагружение кон-
струкции, являются:
• волнение океана (качка);
• статическая и динамическая составля-
ющие ветрового воздействия; Рис. 1. Уровень нагружения стыка ракеты космического
назначения с пусковой установкой при старте в зависи-
• негоризонтальность палубы платформы, мости от высоты волны (ожидаемые значения за 15 мин):
вызываемая ветром, передвижением по палу- Тдоп — допустимое по условиям прочности значение нагруз-
бе транспортно‑установочного агрегата (ТУА), ки; ■ — платформа «Одиссей»; ■ — стартовое судно
перекачкой компонентов топлива при заправке
РКН и др.; Расчеты показали, что использование нефтя-
• предстартовые технологические опе- ной платформы в качестве стартовой площадки
рации; является предпочтительным. Аналогичные ре-
• старт ракеты. зультаты были получены и для РБ ДМ-SL.
При проведении расчетов в качестве кон- Для управления процессами предстар-
сервативного решения было принято, что на- товой подготовки и пуска РКН в автомати-
правление движения волн совпадает с направ- ческом режиме было предложено создать
№ 2 (5)/2014 КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ 33
Кузнецов В.К., Петров Н.К.
и использовать сборочно-командное суд- Значение коэффициента Mf зависит от чис-
но (СКС). При проведении пуска РКН СКС ла циклов колебаний за время наблюдения и
располагается на некотором удалении от СП. доверительного уровня вероятности непре-
СКС также используется для сборки РКН вышения максимального значения. Предложен-
«Зенит‑3SL» в Базовом порту. Сборка осу- ные компанией Kværner значения интервалов
ществляется на борту СКС из доставленных времени наблюдения t и доверительного уровня
в Базовый порт РН «Зенит-2S», РБ ДМ‑SL, (1 – a), а также соответствующие им значения
БПГ и КА. А вот от транспортировки полно- Mf для различных этапов эксплуатации СП
стью собранной РКН на СКС к месту старта с РКН, приведены в таблице. Эти значения Mf
и перегрузки там на СП пришлось отказаться. приняты для всех углов q набегания волн.
Такое решение было вызвано сложностями
Значение коэффициента Mf
обеспечения перегрузки РКН с СКС на СП
в зависимости от времени наблюдения
в условиях качки и больших взаимных пере-
и доверительного уровня вероятности
мещений судов. Необходимо отметить, что
непревышения максимального значения
в международной практике за характерную
высоту волны принята значительная высота Этап эксплуатации (1 – a), % t, мин Mf
HS, которая определяется как средняя вели- Транспортировка РКН
90 90 4,15
чина трети самых высоких волн. В отече- к месту старта
ственной практике в качестве характерной Хранение РКН в ангаре
90 90 4,15
высоты волны принимают высоту волн трех- СП в месте старта
процентной обеспеченности H3%. При этом Перед подъемом РКН
90 90 4,15
H3% = 1,32HS. в вертикальное положение
РКН вертикальна с ТУА 90 90 4,15
Определение максимальных высот волн РКН вертикальна без ТУА 99 15 4,27
и качки СП
Старт РКН * 99,99 0,166 (10 с) 4,27
Считается, что изменение амплитуды кач- Примечание. * — в случае использования удлиненного блока по-
лезного груза (длиной 15,975 м) для угла q = 90° коэффициент
ки судна пропорционально изменению высо- Mf принят равным 3,03; РКН — ракета космического назначения;
ты волны, а высота волн и амплитуда качки ТУА — транспортно-установочный агрегат; СП — стартовая плат-
судна подчиняются закону распределения форма.
Релея. В этом случае наиболее вероятная мак-
симальная высота волны HM в зависимости На основании этих данных компанией
от числа волн N за время наблюдения в соот- Kværner были определены максимальные ампли-
ветствии с [2] определяется выражением туды качки СП.
HM = HS lnN . Условия нагружения РКН
2 при транспортировании к месту старта
Для доверительного уровня вероятности
непревышения (1 – a), где aвыбор условий нагружения ракеты космического назначения «зенит-3sl»
мого ремонта и повторного возврата к месту 2002 г. были обработаны специалистами ком-
старта. При большом развитом волнении СП пании ВСSС и представлены в зависимости от
должна двигаться. В случае остановки уро- месяца года на рис. 2.
вень качки возрастает. Для снижения уровня
нагружения РКН на СП во время морской
транспортировки было принято, что в случае,
если значительная высота волн начнет пре-
восходить значение HS = 6,5 м, то СП необхо-
димо перейти в полупогруженное положение
(как при старте РКН). При этом значительно
(не менее, чем в два раза) снижаются внеш- Рис. 2. Значение скорости ветра вблизи места старта
ние силы, действующие на СП, и уменьшается в зависимости от месяца года
уровень качки.
В месте старта, при хранении РКН в ангаре Приведенные данные соответствуют веро-
на СП, проведении предстартовой подготовки ятности непревышения 0,9 с доверительной
и старте РКН, СП находится в полупогружен- вероятностью 0,95. При проведении дальней-
ном состоянии с целью уменьшения качки и ших исследований нагружения конструкции
нагружения РКН. в процессе предстартовой подготовки и старта
РКН значение средней скорости ветра было
Условия нагружения при предстартовой уточнено в зависимости от высоты и направле-
подготовке и старте РКН ния движения волн относительно судна с уче-
том несущей способности конструкции РКН.
В процессе проведения предстартовой Анализ нагружения несущей конструкции
подготовки РКН, когда РКН находится в РН «Зенит‑2S», РБ ДМ-SL и БПГ с КА показал,
вертикальном положении, максимальные на- что наибольший вклад в динамическое нагру-
грузки в сечениях корпуса РКН реализуются жение конструкции в поперечном направлении
в корневом сечении. Естественно, РКН «Зе- при проведении предстартовой подготовки и
нит» была спроектирована на нагрузки, ко- старте РКН вносит качка. При этом максималь-
торые учитывали нагружение конструкции ное нагружение хвостовой части конструкции
РКН только от действия приземного ветра. РН реализуется непосредственно перед стар-
Однако в условиях предстартовой подготов- том, когда нет связи РКН с ТУА. Максимальное
ки РКН на СП помимо ветра действует еще же нагружение РБ ДМ‑SL, БПГ и КА реализу-
и качка. Поэтому допустимая скорость при- ется в процессе старта и на начальном участке
земного ветра для РКН «Зенит-3SL» должна полета РКН (в первые секунды после отрыва
быть снижена по сравнению с той, на которую РКН от СП). Это связано с тем, что в процес-
была рассчитана прочность РН «Зенит». В се предстартовой подготовки нагружение носит
качестве компромиссного решения было при- практически квазистатический характер (период
нято, что средняя скорость ветра V на высоте бортовой качки СП примерно 9,5 с, килевой —
10 м от поверхности воды V(10) в месте стар- 17,5 с), а при старте РКН вследствие изменения
та должна соответствовать вероятности не- граничных условий и практически мгновенного
превышения 0,9. По данным компании BCSC, снятия изгибающего момента в корневом се-
для района Тихого океана вблизи места старта чении РКН реализуется интенсивное динами-
это значение соответствовало 10 м/с. Зави- ческое нагружение. Наиболее нагруженными
симость изменения средней скорости ветра V частями конструкции РБ ДМ-SL при этом яв-
от высоты h была принята в следующем виде: ляются подвесные баки окислителя и горючего,
а в БПГ — КА, установленный консольно.
h K
V(h) =V(10)( ) . Анализ действующих ускорений также пока-
10
зал, что при качке значения продольных (вдоль
Значение К принято равным 0,1, как для продольной оси РКН) ускорений меняются не-
относительно ровной поверхности. Динамичес- значительно в зависимости от направления дви-
кую составляющую скорости ветра предло- жения волн относительно продольной оси СП,
жено учитывать путем умножения V(h) на 1,4. а значения поперечных ускорений существен-
Для контроля параметров волн, скорости но зависят от направления движения волн. При
и направления ветра вблизи места старта был этом основной вклад в нагружение конструкции
установлен буй № 51028. Полученные с него вносят поперечные ускорения. Таким образом,
статистические данные по значениям скоро- было установлено, что величина допустимого
сти ветра (пересчитанные для h = 10 м) за пе- угла между направлением СП и направлением
риод наблюдения с октября 1997 г. по август движения волн (курсовой угол) должна быть
№ 2 (5)/2014 КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ 35Кузнецов В.К., Петров Н.К.
найдена в зависимости от величины допустимых На рис. 4 по оси ординат приведено отно-
поперечных нагрузок, на которые разработана шение поперечной перегрузки при старте РКН
конструкция. В результате проведенных оценок (nстарт) к допустимому значению (nдопуст). Топ-
нагружения РКН было получено, что при стар- ливные баки РБ ДМ-SL с № 1Л по № 16Л име-
те РКН уровень динамического нагружения РБ ют обычные размеры, а с № 18Л — увеличенные.
ДМ-SL и БПГ, практически, прямо пропорциона- При проведении анализа нагружения РБ ДМ-SL
лен величине изгибающего момента в корневом при старте РКН был также получен важный
сечении РКН, установленной на стартовый стол результат, показывающий, что если перед стар-
и не поддерживаемой ТУА. При этом в случае том РКН значение прогнозируемой нагрузки
старта в условиях, когда перед стартом в корне- в корневом сечении РКН не превысит допу-
вом сечении РКН реализуются максимально до- стимых значений, то нагружение РБ ДМ-SL
пустимые нагрузки, уровень нагружения блока в процессе старта также не будет превышать
ДМ-SL и БПГ не превышает допустимых значений. допустимых значений. Значение прогнозируе-
Дальнейшие расчеты показали, что пуск мой нагрузки перед стартом РКН определяется
РКН может производиться, если значитель- специалистами КБ «Южное» по результатам
ная высота волн не превышает 2,5 м, средняя фактических измерений параметров качки суд-
скорость ветра не выше 10 м/с и курсовой угол на для фактического положения СП относи-
набегания волн находится в границах ±45° тельно движения волн и фактических данных
относительно продольной оси СП или 1,5 м по значениям приземного ветра.
и 8 м/с соответственно для углов набегания Поскольку поперечное динамическое на-
волн в любом другом направлении (рис. 3). гружение КА и топливных баков РБ ДМ-SL
при старте РКН максимально, основное вни-
мание в процессе тестовых испытаний СП
было уделено уменьшению параметров фак-
торов, влияющих на величину изгибающего
момента в корневом сечении РКН. В частно-
сти, исследовался вопрос влияния упругости
конструкции СП на показания датчиков, ре-
гистрирующих процесс качки СП. Результаты
непосредственных измерений показали, что
Рис. 3. Зависимость допустимых значений средней
скорости ветра V(10) и значительной высоты волны показания датчиков, регистрирующих качку
HS от угла набегания волн на стартовую платформу СП и расположенных в носовой и корневой
частях СП, совпадают. Однако, чтобы избе-
Именно эти значения были приняты, как жать возможных ошибок, было принято ре-
проектные, для разработки конструкции РН шение юстировать датчики по отношению к
«Зенит-2S», РБ ДМ-SL и БПГ, а также при ин- стартовому столу. При этом ожидаемая ошиб-
теграции КА для запуска на РКН «Зенит-3SL». ка должна быть не более 0,1°.
Результаты этих расчетов на примере зависи- Учитывая, что перемещение любых масс
мости уровня динамического нагружения бака относительно центра масс СП приведет к угло-
окислителя РБ ДМ-SL при старте РКН от на- вым перемещениям СП, было принято ре-
правления действия q, высоты волн HS и скоро- шение о введении таких предварительных
сти ветра приведены на рис. 4. наклонов СП при проведении операций, чтобы
после проведения операции стартовый стол
и палуба СП были горизонтальны. Так, перед
вывозом ТУА с РКН из ангара дается пред-
наклон по дифференту +0,5° и проводится
контроль, чтобы после вывоза РКН диффе-
рент СП был равен нулю. Такой контроль про-
водится после окончания каждой операции,
если перед ее началом был сделан преднаклон.
Перед опусканием стрелы ТУА и возвращением
ТУА в ангар дается предварительный диффе-
рент –0,2°. Дифферент СП на момент старта
Рис. 4. Изменение отношения nстарт/nдопуст в зависи- РКН должен быть равен нулю.
мости от направления действия волн на стартовую
платформу: — РБ с № 1Л по № 16Л; для всех q; HS= 2,5 м;
В процессе определения условий эксплуа-
— РБ с № 1Л по № 16Л; HS= 2,5 м; 0 < θ ≤ 45°; HS= 1,5 м; тации РКН на СП рассматривались и вопросы
45 < θ ≤ 90°; — РБ с № 18Л; HS= 2,5 м; 0 < θ ≤ 45°; HS= 1,5 м; возможности использования БПГ различных
45 < θ ≤ 90° компоновочных схем. В частности, исполь-
36 КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ № 2 (5)/2014выбор условий нагружения ракеты космического назначения «зенит-3sl»
зование БПГ длиной 15,975 м. Проведенные полете. Решение этого вопроса связано с воз-
расчеты (РКК «Энергия» и КБ «Южное») можностями системы управления (СУ) РН
показали, что при использовании БПГ такой «Зенит‑2S», на которую устанавливается раз-
длины для РКН в горизонтальном положении гонный блок ДМ-SL (большой массы), а на РБ
в условиях качки необходимо введение до- ДМ-SL сверху устанавливается БПГ с диамет-
полнительной опоры под БПГ. Такое решение ром обтекателя большим, чем тот, на который
требовало конкретной проработки конструк- были разработаны конструкции РН и РБ. При
ции дополнительной опоры, а использование этом необходимо было минимизировать внеш-
БПГ длиной 15,975 м не было актуальным на ние нагрузки, чтобы обеспечить минимальные
той стадии разработки проекта и поэтому в доработки конструкции. В процессе полета
дальнейшем не рассматривалось. Одним из РКН, особенно в зоне максимального скорост-
возможных направлений снижения нагрузок ного напора (max q), особое внимание уделя-
на РБ ДМ-SL при старте РКН была попыт- ется определению поперечных аэродинами-
ка проработки возможности пуска РКН в тот ческих сил, обычно определяющих прочность
момент времени, когда текущие углы качки конструкции корпусов верхней части РН, РБ
судна приблизительно равны нулю. Однако и БПГ. Значение распределенной поперечной
эта идея не была принята из-за сложности раз- аэродинамической силы У (для симметричных
работки и реализации алгоритмов системы РН) определяется по формуле
управления пуском. α
У = CУ anqS,
α
Обеспечение безопасности стартовой где CУ — производная по углу атаки коэффици-
платформы при старте РКН ента распределенной поперечной аэродинами-
ческой силы; an — пространственный угол ата-
Для обеспечения безопасности СП при ки; q — скоростной напор; S — характерная
старте РКН из-за возникновения возможных площадь.
аварийных ситуаций после отрыва РКН от В зоне максимального скоростного напора
α
СП было принято решение о введении манев- значение CУ меняется незначительно. Поэтому
ра увода РКН от СП. Однако на пути реали- для ограничения поперечных аэродинамических
зации этого решения встал вопрос о допусти- сил, действующих на РКН, вводится ограни-
мых границах на поверхности СП, за которые чение на значение произведения скоростного
не должны заходить следы струй двигателей напора на пространственный угол атаки an.
РКН. Наличие таких границ связано с тем, Выполнение этого ограничения обеспечива-
что в помещениях СП, расположенных вблизи ется работой СУ РН. Учитывается действие
стартового стола, находятся приборы и обо- струйных течений ветра. Действие порыва
рудование систем управления пуском РКН и ветра (при введении ограничения на произве-
обеспечения проведения предстартовых опе- дение anq) не учитывается, так как предпола-
раций. Почти все они были заимствованы из гается, что СУ не реагирует на порыв. Дей-
систем, которые ранее создавались и эксплу- ствие порыва ветра учитывается при проведе-
атировались в подземных стартовых соору- нии связанного расчета нагрузок на РКН.
жениях. А на СП защитой от акустического и Основной целью в определении условий
пульсационного воздействия на поверхность нагружения РКН в полете была задача опре-
СП являлась только усиленная обшивка па- деления минимально возможного и обеспе-
лубы. Поэтому для снижения уровня акусти- чиваемого СУ РН значения произведения
ческого шума и вибрации внутри помещений скоростного напора на пространственный угол
СП при старте РКН необходимо, чтобы до до- атаки в процессе движения по возмущенной
стижения определенной высоты полета РКН траектории. Дело в том, что взятая за прототип
следы струй не выходили за определенные РН «Зенит» была спроектирована фактически
границы. В результате совместной работы спе- как всепогодная, и для нее практически не
циалистов РКК «Энергия» и КБ «Южное» было ограничений на значения скорости ветра
такие границы были определены, и все воп- по траектории полета. Для новой компоновоч-
росы, связанные с реализацией маневра увода ной схемы РКН «Зенит-3SL» эти ограничения
РКН, решены. нужно было определить. В результате интен-
сивной проработки этого вопроса разработчик
Условия нагружения РКН в полете СУ РН восстановил в ней алгоритмы ограни-
чения аэродинамических нагрузок на РКН,
После определения условий нагружения подобные тем, которые были реализованы в сис-
конструкции РКН в составе СП необходимо теме управления РКН «Энергия». По резуль-
было определить условия нагружения РКН в татам проведенного моделирования работы
№ 2 (5)/2014 КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ 37Кузнецов В.К., Петров Н.К. СУ было принято решение об ограничении выведения и переходит на терминальное управ- СУ РН максимального значения произведе- ление. Переход на терминальное управле- ния пространственного угла атаки an на ско- ние вызывает разворот ракеты за короткое ростной напор q (с учетом струйных течений время и появление больших пространственных ветра и без учета порыва ветра) на участке углов атаки. Разворот нужен для обеспече- работы контура ограничения нагрузок до ния необходимых условий разделения первой an q ≤ 13 500 кгс×°/м2. При этом, по предложе- и второй ступеней и падения отделяющихся нию компании BCSC, одновременно было при- частей в заданный район океана. нято неординарное решение о проведении расче- Типичные проектные данные ожидаемого та нагрузок на БПГ, РБ ДМ-SL и РН «Зенит-2S» изменения an q по времени полета РКН, пред- в процессе полета РКН в зоне максимального назначенные для проведения расчетов связан- скоростного напора для an q ≤ 15 000 кгс×°/м2. ных нагрузок при интеграции КА, приведены Такое предложение было вызвано тем, что на рис. 5. коэффициенты аэродинамических сил при проведении расчетов нагрузок были приняты равными их номинальным (средним) значе- ниям, и задана точность их определения. По вопросу учета в нагрузках точности опреде- ления коэффициентов аэродинамических сил были разные мнения у компании BCSC с РКК «Энергия» и КБ «Южное». Поэтому и приш- ли к компромиссному решению — увеличению anq для расчета нагрузок, чтобы не нарушать нормативные документы по проектированию конструкций, принятые в разных странах. Зна- чения скорости струйных течений ветра в зоне старта для расчета нагрузок в зависимости от Рис. 5. Типичные проектные данные изменения пара- высоты полета РКН были определены ком- метра an q от времени полета: 1 — M ≈ 0,6; 2 — max q, панией BCSC с вероятностью непревышения M ≈ 2,0; 3 — M > 4,0 0,95, а сдвиги скорости ветра — с вероятно- стью 0,99. Так как СУ РН должна быть спро- Снижение пространственных углов атаки, ектирована с более высокой вероятностью и, соответственно, уровня нагружения РКН непревышения, то при ее проектировании и в районах ~30 и 100 с полета возможно толь- проведении моделирования вводятся соот- ко за счет введения ограничений на значения ветствующие поправки. Предельное значение скоростей струйных течений ветра и угловых an q ≤ 13 500 кгс×°/м2 обеспечивается работой скоростей разворота РКН. СУ от воздействия ветра с учетом этих по- Нагружение конструкции несущего корпу- правок. Скорость порыва ветра на начальном са РБ ДМ-SL максимально при движении РКН этапе расчетов проектных нагрузок была при- в зоне максимального скоростного напора. нята равной 7,6 м/с. В дальнейшем, после тща- Поэтому, учитывая, что в дальнейшем возмож- тельной обработки (компанией BCSC) резуль- но применение в составе РКН «Зенит‑3SL» татов измерений параметров атмосферы в зоне БПГ длиной 15,975 м, РКК «Энергия» на на- пуска, эта величина была снижена до 3,8 м/с. чальном этапе разработки проекта приняла Нужно отметить, что в результате того, что превентивное решение о разработке несущего контур ограничения аэродинамических на- корпуса РБ с учетом этой возможности (что- грузок работает в определенном диапазоне бы избежать в дальнейшем отработки прочно- чисел Маха, до его включения и после выклю- сти РБ на увеличенные нагрузки). Принятие чения значения углов атаки ничем не ограничи- в дальнейшем компанией Sea Launch реше- ваются. Таких участков, когда возможна реали- ний по улучшению характеристик комплекса зация повышенных значений произведения an q «Морской старт» в процессе его эксплуата- при относительно небольших скоростных напо- ции — увеличению максимального значения рах, два. Один участок, в районе ~30 с полета скоростного напора, массы КА, объема топ- РКН, когда осуществляется маневр разворота ливных баков РБ ДМ-SL по сравнению с за- ракеты и контур еще не включен, и второй уча- ложенными при проектировании — не привело сток, ~100 с полета, когда контур ограничения к доработкам несущего корпуса РБ ДМ‑SL. нагрузок уже выключен. Ракета после пари- Совместная разработка компаниями усло- рования возмущений на предыдущем участке вий нагружения РКН связана с тем, что РКК полета летит с отклонениями от траектории «Энергия», КБ «Южное» и BCSC проводят 38 КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ № 2 (5)/2014
выбор условий нагружения ракеты космического назначения «зенит-3sl» самостоятельно расчеты нагружения конст- нии заявил, что опоры контейнера выглядят рукций собственной разработки и затем об- довольно слабыми и предложил команде для мениваются результатами расчетов. Совпадение страховки подкрепить контейнер от возможно- результатов расчетов подтверждает разработчику го падения. Команда нашла шпалы и уложила КА правильность расчета нагрузок. Особым их под контейнер, закрепив клиньями. В про- вопросом был обмен данными по математи- цессе транспортирования при качке клинья ческим моделям конструкций. В результате ослабевали и шпалы начинали расползаться. компания Kværner представила амплитудно- и Чтобы этого не происходило, команда кувал- фазочастотные характеристики СП при стар- дой забивала клинья, что и было причиной те РКН, КБ «Южное» — динамическую мо- несанкционированных ударных воздействий. дель первых двух ступеней РН «Зенит-2S», РКК «Энергия» со своей стороны подтверди- РКК «Энергия» — динамическую модель РБ ла достаточную прочность опор контейнера ДМ-SL, BCSC — БПГ с КА, КБТМ — динами- и предложила компании Sea Launch, если ческую модель стартового устройства. Случай будет требование страховой компании, из- единственный и беспрецедентный — три орга- менить способ страховки контейнера. низации в разных странах могут независимо определить все нагрузки на все составные Заключение части РКН. Все условия эксплуатации для РБ ДМ-SL Показаны подход к решению проблем вы- и РН «Зенит-2S» были также определены для бора условий нагружения РКН в составе ком- случаев их автономной эксплуатации, в т. ч., плекса «Морской старт» и принятые решения при транспортировании на СКС или на суд- для обеспечения минимальных доработок со- не «Кондок» класса РО-РО. Казалось, рас- ставных частей РКН (РБ и РН). Определе- смотрели все возможные случаи нагружения, ны основные факторы, влияющие на уровень включая действие вибрации. Однако, жизнь нагружения ракеты космического назначения. оказалась богаче на выдумки. Разгонный блок Дальнейшая эксплуатация комплекса «Мор- ДМ-SL транспортировался на судне «Кон- ской старт» показала правильность и доста- док» из порта на Черном море в Базовый порт. точность выбранных для проектирования и Транспортирование блока производилось в интеграции космических аппаратов условий специальном контейнере, установленном на нагружения РКН. опоры. Для контроля виброперегрузок, воз- никающих в процессе транспортирования, Список литературы рядом с одной из опор были установлены ви- бродатчики. После прибытия в Базовый порт 1. Алиев В.Г., Легостаев В.П., Лопота В.А. показания датчиков были проанализированы Создание и пятнадцатилетний опыт эксплуата- и оказалось, что в процессе транспортирова- ции ракетно-космической системы «Морской ния периодически регистрируются ударные старт» // Космическая техника и технологии. воздействия с амплитудой до 1 000 g, что не- 2014. № 2 (5). С. 3–13. допустимо. По сообщению сопровождающего 2. Максимаджи А.И. Капитану о прочно- блок, произошло следующее: прибывший на сти судна: Справочник. Л.: Судостроение, 1988. борт судна представитель страховой компа- Статья поступила в редакцию 08.04.2014 г. № 2 (5)/2014 КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ 39
Вы также можете почитать
