2 / 11
Исследование продольных колебаний мощных ракет-носителей
(РН) является необходимой и важной задачей в связи с возможным
возникновением эффекта POGO вследствие взаимодействия упругого
корпуса с жидким топливом, топливной магистралью и жидкостным
ракетным двигателем (ЖРД) [1, 2]. Систематическое изучение устой-
чивости продольных колебаний РН пакетной схемы было начато в
работах [3, 4]. Актуальность рассматриваемой задачи подчеркивается
также необходимостью улучшения энергетических характеристик со-
временных РН тяжелого класса [5, 6]. С другой стороны, в настоящее
время в различных ракетно-космических корпорациях все большее
распространение получает разработка модельного ряда РН модуль-
ной схемы на основе унифицированного ракетного блока (модуля).
В качестве примеров можно привести семейство ракет Delta амери-
канской фирмы Boeing, ракеты Ангара, разрабатываемые в ГКНПЦ
им. М.В. Хруничева, Falcon 9 и Falcon Heavy американской частной
компании SpaceX. Такой подход позволяет создать серию РН, начи-
ная с легкой (или средней) и заканчивая тяжелой и сверхтяжелой.
Повышение грузоподъемности РН в данном случае обеспечивает-
ся объединением нескольких ракетных блоков, расположенных по
окружности вокруг центрального.
Зачастую центральный блок имеет некоторые отличия от боковых
(отсутствие обтекателя, дополнительные разъемы и усиления и т.д.),
но отличия эти несущественны и его конструктивно-компоновочная
схема остается идентичной остальным блокам.
Упругие колебания корпуса РН пакетной схемы
. При исследо-
вании устойчивости РН как динамической системы возникает необхо-
димость в определении собственных частот и форм упругих колеба-
ний корпуса. Один из существующих расчетных методов заключается
в том, что ракета моделируется как стержень (или система стержней)
с упругими и массовыми характеристиками, приближенно описываю-
щими реальное изделие. Учет жидкости в баках осуществляется введе-
нием в стержневую систему осцилляторов, масса которых моделирует
массу жидкости, а жесткость — параметры днища и стенок баков.
Упругие колебания корпуса ракеты тандемной схемы можно разде-
лить на три типа: продольные, поперечные (изгибные) и крутильные
колебания. Стоит отметить, что частоты собственных колебаний одно-
го типа ракеты тандемной схемы достаточно разделены между собой,
что позволяет при расчете учитывать небольшое число низших тонов
колебаний.
В случае с ракетой пакетной схемы ситуация значительно усложня-
ется. Модель такой ракеты представляет собой систему из стержней,
соединенных упругими связями, моделирующими системы закрепле-
ния боковых блоков на центральном. В этом случае колебания одного
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение” 2015. № 5 15