- к необходимости разработки объекта испытаний с габаритами, ограниченными заданными размерами стенда;
- к необходимости в заданных габаритах объекта обеспечить требуемые массовые, инерционные и центровочные характеристики для моделирования натурного процесса разделения;
- к необходимости подобия жесткостных характеристик объекта испытаний и штатной конструкции составной части, в то время как геометрические размеры и форма его существенно отличаются от соответствующих характеристик воспроизводимой составной части ракеты;
- к необходимости создания конструкции объекта испытаний, которая в совокупности с устройствами, обеспечивающими его установку на стенде, по массе не превысит грузоподъемности кранового устройства.
Динамические характеристики
Конечной целью исследований динамического нагружения конструкции и оборудования любого носителя является надежное прогнозирование процессов их вынужденных колебаний в возможных условиях эксплуатации для обеспечения исходной информацией прочностных расчетов, реализации экспериментальной отработки конструкций и систем. Решение этой проблемы традиционно делится на следующие относительно самостоятельные направления:
- исследование внешних нагрузок;
- определение собственных динамических характеристик конструкций (частот, форм, декрементов колебаний);
- расчет вынужденных колебаний;
- экспериментальное подтверждение расчетных характеристик.
В связи с широким применением в последние десятилетия расчетов динамики конструкций практически любой сложности методом конечных элементов стало возможным проводить расчеты вынужденных колебаний без определения собственных частот и форм колебаний. В наиболее ответственных случаях применяются существенно более трудоемкие и сложные вероятностные методы расчета динамики конструкций. Объем теоретических, расчетных и экспериментальных работ по динамике конструкции и оборудования ракеты "Энергия", по обеспечению вибронадежности ее систем чрезвычайно велик.
Исследовалось динамическое нагружение всего носителя с полезными нагрузками отдельных блоков А и Ц, их отсеков, двигателей, монтажей трубопроводов и аппаратуры для штатных и нештатных полетных режимов, для наземной эксплуатации и транспортирования. На каждом направлении работ с учетом особенностей и назначения конструкций и оборудования расчетами и экспериментальными методами решались многочисленные частные задачи, что составило предмет деятельности НПО "Энергия", ЦНИИМаш, ВФ НПО "Энергия", КБЭМ, ЦАГИ.
Ряд работ по динамике конструкции ракеты выполнялся впервые в стране. При обосновании их необходимости учитывались в качестве аргументов "за" особенности конструкции, опыт работ в США и "синдром Н-1". Приведем наиболее важные результаты исследований.
При исследовании динамических нагружений в процессе транспортирования отсеков блока Ц на самолете 3МТ было отмечено, что виброакустическое нагружение максимально при взлете, за счет воздействия отраженного от взлетно-посадочной полосы акустического поля, а низкочастотные перегрузки максимальны при взлете и посадке. Максимальные вибронагрузки несколько ниже штатных. С учетом кратковременности их воздействия дополнительных испытаний оборудования не потребовалось. Прецизионные приборы, например гиростабилизированную платформу, разработчики предпочли транспортировать автономно. Работы по этому виду исследований были завершены в 1983 г.
Динамические испытания проводились по программе на экспериментальной ракете 4М-Д как дополнение к расчетно-теоретическим работам по динамическому нагружению и прочности конструкции ракеты "Энергия".
В состав ракеты 4М-Д входили: комплект из четырех технологических блоков А ракеты 5С, блок Я, доработанный для крепления системы силонагружения, блок Ц 4М-Д, системы силонагружения до 8 т. При этом пояса силовых связей блоков А и Ц выполнены по штатной документации. Вместо одного из двигателей РД-0120 было установлено устройство для передачи на блок Ц продольного усилия при импульсных нагружениях на стенде в продольном направлении. Блоки А и Ц оснащались системами виброизмерений в объеме 85 параметров. Регистрация измерений и управление системами силонагружения при динамических испытаниях осуществлялись в специально оснащенной передвижной лаборатории.
Целью динамических испытаний ракеты 4М-Д являлось экспериментальное определение жесткостей поясов силовых связей блоков А и Ц с учетом местных податливостей корпусов, определение которых расчетным путем с необходимой точностью не представлялось возможным, и уточнение расчетной динамической модели ракеты. Это было необходимо для уточнения нагружения конструкции на раннем этапе разработки ракеты-носителя и в первую очередь для определения разновременности попарного нештатного выключения двигателей РД-0120, значения которой заданы в некотором диапазоне, исходя из условий обеспечения прочности днищ емкостей кислорода и водорода и расходных магистралей. Отличия в конструкциях ракеты 4М-Д и штатных ракет не оказывают существенного влияния на точность определения указанных характеристик и учитываются соответствующей корректировкой динамических моделей этих конструкций. Программа динамических испытаний ракеты 4М-Д являлась первым этапом общей программы динамических испытаний для обеспечения пуска ракеты-носителя 1Л. Она включала в себя: