Техника и вооружение 2006 03

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.

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).