Был предложен метод определения динамического силового воздействия струй продуктов сгорания на поверхность произвольной формы при пространственном перемещении параблоков. Этот метод позволил определить пространственное перемещение плоскостей взаимодействия струй, размеры примыкающих к ним интерференционных ударных волн и уровни давлений в этих зонах.
На основе разработанного метода был составлен алгоритм и программа машинного расчета газодинамического воздействия струй двигателей на центральный блок и полезный груз в процессе их перемещения в поле взаимодействующих струй. Программа была использована при выборе компоновки двигателей с целью минимизации силового, теплового и эрозионного воздействия на элементы конструкции ракеты в процессе отделения параблоков. Наряду с расчетными исследованиями был проведен большой цикл экспериментальных исследований с целью подтверждения силового воздействия струй и определения эрозионного воздействия конденсированной фазы оксида алюминия на теплозащиту ракеты, полезного груза или орбитального корабля.
При решении вопросов уменьшения или исключения разрушающего воздействия на теплозащитное покрытие полезного груза и блока Ц был разработан ряд способов и устройств, защищенных авторскими свидетельствами.
Способы и устройства, устраняющие или уменьшающие газодинамическое и эрозионное воздействие, сводились к отклонению конденсированной фазы от защищаемой поверхности за счет воздействия на струи дополнительным потоком газа соседнего двигателя, изменением контура выходной части сопел, использования для стенок сопел сублимационных и не смачиваемых материалов, а также специальных ловушек для жидкого конденсата, текущего по внутренней поверхности сопел.
Решенная проблема газодинамического воздействия струй двигателей увода параблоков, работающих на смесевом топливе, при продольном отделении параблоков в целом не имеет аналогов в отечественном ракетостроении.
Основными целями наземной экспериментальной отработки процесса и средств разделения блоков А, Ц и составных частей ракеты являлись:
- проверка правильности проектно-конструкторских решений, реализованных в виде узлов связи и систем разделения;
- исследование процессов разделения этих составных частей ракеты при различных циклограммах функционирования элементов системы и средств разделения для обеспечения безударного разделения.
Основные задачи наземной экспериментальной отработки:
- определение кинематических параметров (относительные линейные и угловые скорости) процессов разделения в условиях, заданных для каждого испытания циклограмм функционирования элементов;
- определение режимов виброударного нагружения конструкции составных частей ракеты, сопровождающих процесс разделения;
- выявление особенностей степени влияния работы средств разделения на конструкции составных частей ракеты.
Испытаниям на комплексных экспериментальных установках предшествовал продолжительный этап автономной отработки элементов средств разделения.
Работы по созданию экспериментальной базы для отработки процессов и средств разделения составных частей ракеты начались в 1979 г. после выпуска технического проекта. Стремясь максимально приблизить картину отделения составных частей ракеты при наземной экспериментальной отработке к натурной, предполагалось создание стендовых комплексов для размещения экспериментальных установок с вертикальным расположением объектов испытаний, причем испытывать предполагалось те составные части, которые последовательно отделяются в соответствии с программой полета ракеты, то есть параблоки и блоки Ц. Должны были задействоваться двигатели увода параблока при отделении от блока Ц.
Поиски более простых способов наземной экспериментальной отработки процесса и средств разделения были приняты по двум основным направлениям:
- дополнительного тщательного анализа особенностей реального процесса разделения и разработки математических моделей отдельных его этапов;
- детальной проработки схемы экспериментальных установок с горизонтальным расположением объектов испытаний и исследованием процесса разделения на них при условии, что отделяется меньшая по массе часть объекта испытаний.
Это дало возможность решения задач наземной экспериментальной отработки процесса и средств разделения составных частей на экспериментальных установках, в которых:
Проблемы создания объектов испытаний, с учетом требований к ним, сводились к следующему: