ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время используются различные схемы старта ракет: на двигателях, минометный старт (за счет давления, создаваемого в подракетном объеме пороховыми аккумуляторами давления) и катапультный, в котором усилие передается на ракету механическим путем (обычно через траверсу, связанную с газовыми или пневматическими цилиндрами).
Старт на двигателях ракеты используется в случаях, когда не возникает проблем с газоотведением, допустимы значительные нагрузки на пусковое устройство, затруднителен запуск двигателя ракеты в полете на начальном участке траектории. Такая схема старта широко использовалась и используется для ракет космического назначения (РКН), стратегических ракет стационарного (шахтного) базирования (ракеты 8К64, 8К61, УР- 100 и др.), оперативно-тактических и тактических ракет (комплексы «Искандер», «Ока», «Точка», «Темп-С» и др.), противотанковых (комплексы «Малютка», «Фагот», «Конкурс» и др.), зенитных (комплексы «Волхов», «Оса», «Куб» и др.), авиационных. При этом старт осуществляется со стартового стола, из шахт с изолированными газоходами, с открытых направляющих, из проточного контейнера и т.п.Минометный старт ракет позволяет существенно сократить габариты стартового устройства, снизить тепловые и силовые нагрузки на него и на носитель ракетного оружия. Такая схема старта используется для стратегических ракет шахтного и мобильного базирования (шахтные комплексы Т5А18М, 15Ж60, БЖРК, 15Ж32; ПГРК «Пионер» и др.), для зенитных ракет (комплексы С-300В и др.). Старт осуществляется из пускового или транспортно-пускового контейнера.
Катапультный старт к настоящему времени применяется для ракет сравнительно небольшой массы (до 4 т), преимущественно зенитных и авиационных. Этот тип старта позволяет снизить силовые и практически исключить тепловые нагрузки на носитель, пусковой контейнер и ракету и ударно-волновые нагрузки на носитель и ракету.
Наибольшими преимуществами этот вид старта обладает в случае, если форма ракеты (например, ввиду наличия аэродинамических поверхностей) оставляет свободное пространство в пусковом контейнере для размещения силовых цилиндров катапульты. При этом отпадает необходимость обтюрировать подракетный объем. Такая схема широко используется для старта авиационных ракет с открытых направляющих, зенитных ракет из транспортно-пусковых контейнеров (комплексы С-300П, «Оса», «Тор» и др.).В настоящее время рассматривается возможность использования катапультного старта ракеты космического назначения массой более 100 т с открытых направляющих из фюзеляжа самолета в полете. Альтернативный вариант - минометный старт из транспортно-пускового контейнера. По сравнению с альтернативным вариантом преимуществом катапультного старта являются меньшие массы и габариты авиационной пусковой установки, удобство компоновки и эксплуатации, отсутствие теплового воздействия на носитель при раскупорке транспортно-пускового контейнера.
Катапульты также используются для разгона самолетов палубной авиации при взлете с авианосца, для старта торпед, с надводных кораблей и подводных лодок, для эвакуации экипажей летательных аппаратов в аварийных ситуациях. Катапультные системы могут использоваться и в технологических процессах. Так, рассматривается возможность оперативного ремонта горячих плавильных печей путем прицельного выброса в аварийную зону ремонтного состава при помощи катапульты.
В качестве источника энергии катапульты используют энергию сжатого воздуха, пара или энергию, выделяющуюся при сгорании пороха. Для преобразования внутренней энергии в кинетическую применяются один или несколько силовых цилиндров. В отличие от минометных систем, которые используются для аналогичных целей и в которых объект разгоняется газом, поступающим в задонный объем контейнера, в катапультах силовые цилиндры располагаются снизу или по сторонам разгоняемого объекта и их диаметр не привязан к его размерам.
Это позволяет разгонять объекты произвольной формы из пространства, имеющего сложную геометрическую форму (например, в авиационных катапультах или системах катапультирования крылатой ракеты из контейнера сложной формы). Другой недостаток минометных систем - эффект последействия: после выхода объекта из силового цилиндра газы воздействуют на выводимый объект и оборудование. В катапультах имеется возможность отводить отработавшие газы таким образом, чтобы исключить нежелательное воздействие на ускоряемый объект и окружающее оборудование.Системы катапультирования в настоящее время, как правило, используют энергию пороха. Такие катапульты необходимо после каждого пуска разбирать и очищать от нагара. Использование баллонов высокого давления, выполненных из композиционных материалов, имеющих малую удельную массу, несущественно увеличивает массу, систем катапультирования и, следовательно, улучшает их эксплуатационные характеристики.
В данной работе рассматриваются прежде всего катапульты, используемые в системах запуска ракет различного назначения (кроме легких авиационных), хотя основные положения расчета и рекомендаций по проектированию могут оказаться полезными при разработке катапульт иного назначения.
Монография состоит из семи разделов. В первом проводится анализ возможных схем систем катапультирования. Рассматриваются особенности процессов в катапультах, условия их устойчивой работы (саморегулирование), особенности вспомогательных устройств (системы торможения узлов самой катапульты). Во втором описаны математические модели, используемые для расчета катапульты, методы определения параметров теплового нагружения узлов катапульты. В третьем разделе изложена методика определения основных параметров катапульты в первом приближении, в четвертом - примеры расчетов процессов катапультирования для конкретных исходных данных, в пятом - результаты исследования работоспособности катапульты с учетом технологических погрешностей, деформаций элементов и термопрочности. В шестом разделе описаны схемные решения, повышающие эффективность процессов катапультирования. В седьмом разделе приводится описание программы расчета катапультирования при десантировании ракеты космического назначения из самолета.
1.