Перелом (СИ) - Суханов Сергей Владимирович (лучшие бесплатные книги TXT) 📗
Но и на этом пути нашим ракетчикам пришлось хорошенько потрудиться. Ведь, к сожалению, нельзя просто так взять и поменять, скажем, длину ракеты, или размах крыльев — от этого меняется вся аэродинамика ракеты. При ее полете аэродинамическое сопротивление приложено в центре давления и давит назад. И при маневрах аэродинамические силы прикладываются к центру давления. А вращаться под действием этих сил ракета будет вокруг центра масс всех ее частей. И в зависимости от их взаимного расположения этих центров характер вращения будет различным, а в зависимости расстояния, или плеча между этими центрами — зависит скорость этого вращения. Можно представить ракету в виде стержня, который прибит гвоздем в центре масс, а аэродинамические силы — рукой, которая толкает стержень в точке, соответствующей центру давления, причем толкает, как правило, не точно вдоль стержня, а почти всегда — под некоторым углом. Так, если центр масс находится впереди центра давления, то получается, что толкание выполняется в направлении от центра масс, то есть стержень как бы тянут. Поэтому, слегка повернувшись вокруг центра масс, ракета успокоится в новом положении, до следующего толчка — это статически устойчивая ракета. А вот если центр масс находится сзади, то аэродинамические силы, наоборот, направлены в сторону центра масс и опрокидывают ракету, поворачивая ее вокруг центра масс вверх или вниз или вправо-влево — ракета получается статически неустойчивой. Поэтому местоположение этих двух центров оказывает определяющее влияние на устойчивость ракеты в полете. Да и не только ракеты, а любого летящего тела.
То есть надо так разместить центр давления, чтобы он был сзади от центра масс, причем не слишком близко, чтобы был запас устойчивости, иначе придется тратить много энергии на выравнивание ракеты. Но и слишком далеко размещать тоже не надо, иначе много энергии придется тратить уже на ее повороты. И вот, наши конструктора после каждого изменения в конструкции ракет пересчитывали положение центров давления, и если они не устраивали, то меняли габариты отдельных элементов. Собственно, ракету разбивали на отдельные элементы — носовую часть, цилиндрическую часть с блоком управления и ракетным двигателем, хвостовую часть, рулевое оперение и крылья — и для каждой рассчитывали центр давления данной части, а затем, исходя из расстояний между ними — общий центр давления всей ракеты. И затем сравнивали его с положением центра масс. Причем обе величины менялись с течением времени полета — от давления воздуха и скорости полета менялось положение центр давления, а центр масс менял свое положение по мере выгорания топлива — он сдвигался вперед, увеличивая устойчивость и уменьшая маневренность. Соответственно, конструктора разбивали возможные режимы полета на сетку значений скорость-давление воздуха — и для каждого узла рассчитывали положение центров. Для "вертикалок" было проще — они летели только вверх, поэтому у них хотя бы давление менялось только в одну сторону. У новых же ракет, что мы впервые применили в начале августа сорок третьего, полет мог происходить и по горизонтали. Соответственно, набор сочетаний давление-скорость-масса увеличивалась многократно. И без ЭВМ расчеты заняли бы очень много времени. А так, за полчаса просчитав все контрольные точки, ЭВМ распечатывала несколько страниц с цифровыми колонками, и конструктора погружались в их изучение, изредка выдавая "Ага! Я же говорил!" или "Зар-р-раза! Опять ушла в минус!". И по результатам расчетов делали перекомпоновку — удлиняли или укорачивали нос, чтобы сдвинуть центр давления назад или вперед, удлиняли или укорачивали корпус, чтобы сдвинуть центр вперед или назад, меняли размах или форму крыльев — последним пользовались чаще всего, так как корпус нельзя было делать слишком коротким, иначе не поместится топливо и аппаратура, его нельзя было делать и слишком длинным, чтобы он мог выдерживать перегрузки при маневрах — ограничений хватало. Мы поэтому-то и оставили толщину стенок в два миллиметра и дальше не снижали — иначе без стрингеров корпус получался очень нежестким и сминался даже при небольших маневрах — это мы выяснили даже без полетов, на стендах. А вот что проявилось только в полетах, так это возникновение резонанса между рулями и корпусом — при утоньшении стенок собственная частота корпуса уменьшалась, а при уменьшении устойчивости возрастала частота колебаний рулевого оперения, так как приходилось чаще подправлять начинавшую сходить с курса ракету. И в какой-то не очень прекрасный момент эти частоты стали близки. Первая ракета просто отказала и грохнулась на землю. Оказалось, в ней разрушились три лампы — аппаратура не была разбита вдребезги только потому, что парашютная система управлялась в том числе и набегающим потоком, механически — прекратился поток — выпускай парашют. Но причина этого была непонятна. И пришлось сделать более сотни запусков, прежде чем нашли виновника — ведь частоты совпадали далеко не всегда — в какие-то дни воздух был, например, спокоен, и требовалось меньше подруливаний — ракета идет нормально. В какие-то дни, наоборот, возмущений воздуха слишком много, и требуются постоянные подруливания, но, видимо, рулевое управление быстро проскакивало резонансные частоты — и ракета снова летела нормально! На этом резонансе мы потеряли полтора месяца — как раз октябрь сорок второго и половину ноября.
Много промучались, но сделали кучу стендов, так что все больше испытаний проводилось на земле. Так, в январе сорок третьего мы сделали только семнадцать пробных запусков уже практически готовых изделий, тогда как еще в июле сорок второго пробных запусков было больше сотни — с появлением каких-никаких математических моделей полета мы смогли точнее предсказывать поведение всей конструкции и отдельных узлов, и на основании этих предположений ставить опыты для проверки — протрясти на вибростендах с нужными ускорениями, продуть ракету в сверхзвуковых потоках при заданной последовательности маневров, чтобы уточнить перегрузки — одних сверхзвуковых труб у нас было уже пятнадцать штук. И, надо заметить, даже для дозвуковых труб это был не просто мощный мотор с вентилятором — ведь ракета летит в более-менее однородном воздушный потоке, а вентилятор дает очень возмущенный поток, соответственно, его надо успокоить — пропустить через длинную трубу с поворотами, да еще через несколько коробчатых конструкций с множеством длинных и узких "коробов", чтобы они запараллелили потоки. А для сверхзвуковых труб недо еще добавить и сопло Лаваля, чтобы из дозвукового потока получить сверхзвуковой.
Ну, по сверхзвуковым потокам во второй половине сорок второго у нас было уже много специалистов. И появились они в процессе разработки оборудования для напыления металлов. Получив первые работающие схемы еще осенью сорок первого, разработчики не стали останавливаться на достигнутом, а наоборот, стали наращивать свои усилия — как количеством оборудования для исследований так и самими исследователями. И помимо исследований свойств самих напыляемых материалов, важной частью стали исследования истечения горячих газов через сопла — ведь там надо сжигать топливо — керосин, бензин, метан или что-то другое, подавать продукты сгорания в патрубок, где они будут подхватывать распыляемый металл, расплавлять его и затем переносить к поверхности напыления. Так вот на всем этом пути требовалось поддерживать и нужную температуру, и скорость потока, и его постоянство. А это — практически газодинамика в неприкрытом виде. Быстро поняв, что чем выше скорость потока, а, значит, и частиц напыляемого металла, тем плотнее и надежнее получаются напыляемые слои, исследователи начали работать со сверхзвуковыми потоками, благо сопло Лаваля было известно уже не одно десятилетие. Но с режимами, методами регулирования, составами горючей смеси наши работали еще полгода, зато к осени сорок второго, практически через год после начала работ вообще по напыляемым металлам, мы уже использовали аппараты со сверхзвуковым напылением. Помимо более прочных покрытий, мы получили наборы аппаратуры для исследований в термодинамике, а также более двухсот более-менее опытных исследователей. И вот, покорив очередную высоту, эта беспокойная команда стала озираться вокруг — где бы еще приложить свои силы. Ведь идти на фронт мы им запретили — повоевали каждый по паре-тройке месяцев — и хватит. Пусть отдают долги Родине в цехах и лабораториях. И на фронт-то отпускали не сразу всех, а по очереди. А не отпустить было нельзя — ситуация была близка к бунту — "Все воюют, а мы тут в теплых местечках сидим!". Ну, хорошо — повоевали, получили ордена и медали, некоторые даже пролили кровь, а теперь — за работу! Некоторых из этих ученых-милитаристов мы отвлекали на ракетную тематику и ранее, когда надо было разбираться с соплами — как с изучением советских конструкций, так и с разработкой собственных. Поэтому тема лежала фактически на поверхности и, так как проблема создания собственных конструкций встала уже в полный рост, мы, что называется, нашли друг друга. Временно оставив на разработках новых аппаратов напыления лишь небольшую часть, остальные исследователи дружно навалились на ракеты — в управлении скоростными газовыми потоками они съели уже не одну собаку.
