|
Виктор Пилипенко
Об институте, ракетах и демпферах
Выпускник ФТФ ДГУ 1959 г.
Директор института технической
механики, академик НАН Украины
| |
Виктор Васильевич
Пилипенко
. |
|
На физтех я поступил сразу после окончания школы в городе Запорожье. С увлечением изучал физику, математику, механику. Спецкурсы нам тогда читали Личности – люди, стоявшие у истоков создания Южного машиностроительного завода и Конструкторского бюро «Южное». Позже они стали крупными учеными, руководителями конструкторских и научных коллективов, Героями Социалистического Труда, лауреатами.
После окончания в 1959 году физтеха я получил направление на работу в КБ «Южное». Через два года защитил кандидатскую диссертацию, посвященную исследованию гидравлического удара в напорных магистралях жидкостных ракетных двигателей при отключении двигателей с помощью быстродействующих отсечных клапанов. В 1962 году организовал и возглавил группу, а через два года – сектор динамики жидкостных ракетных двигательных установок. Это было время исторических успехов в ракетостроении и освоении космоса.
Мы проводили численное моделирование и экспериментальную отработку динамических процессов жидкостных ракетных двигателей (запуск, отключение, анализ аварийных ситуаций), непосредственно участвовали в создании ряда образцов ракетно- космической техники боевого и космического назначения.
В 60-х годах разработчики жидкостных ракетных двигательных установок столкнулись с новым видом неустойчивости, которая позднее получила название кавитационных автоколебаний. Этой проблемой я и занялся вплотную, для чего в 1966 году перевелся на работу в Сектор проблем технической механики Днепропетровского филиала Института механики АН УССР. В 1968 году сектор был преобразован в Днепропетровское отделение Института механики (ДОИМ) АН УССР, на базе которого в 1980 году был создан нынешний Институт технической механики НАН Украины и НКА Украины – головной институт ракетно-космической отрасли Украины, созданием которого мне непосредственно пришлось заниматься, так как в это время я был уже руководителем Отделения.
В Советском Союзе была принята следующая технология создания новых институтов. Прежде всего, необходимо было получить положительное заключение Академии Наук СССР и одобрение Госкомитета по науке и технике СССР. Затем документы поступали в Совет Министров Украины, и только в случае положительного решения на этом уровне вопрос спускали в Президиум Академии наук Украины. Фактически создать новый академический институт на Украине было невозможно без одобрения Совета Министров СССР.
В Академии наук СССР этот вопрос, прежде всего, рассмотривался в соответствующем Отделении наук. В частности, по нашему институту это Отделение механики и процессов управления. И только после одобрения на Бюро Отделения механики и процессов управления вопрос можно было вынести на заседание Президиума Академии наук СССР, где после доклада одним из вице-президентов предложения о создании института, Президиум Академии наук СССР принимал окончательное решение: создавать институт или нет.
По нашему институту, естественно, перед заседанием бюро была проведена подготовительная работа, в которой активное участие приняли Главный конструктор КБ «Южное» Владимир Федорович Уткин и Президент академии наук Украины академик Борис Евгеньевич Патон. Ведь создавался институт, который должен был решать проблемы ракетно-космической техники.
Итак, мы поехали докладывать на Отделении механики и процессов управления о том, что мы собой представляем – точнее, что представляет собой Днепропетровское отделение Института механики Академии наук Украины. После моего доклада было задано много вопросов. Особенно активным был академик Василий Павлович Мишин – член бюро этого отделения. Причем вся мощь его выступления была направлена не на поддержку создания института, а на массированное торпедирование, вплоть до полного потопления проекта. Дошло до того, что академику-секретарю Отделения Борису Николаевичу Петрову пришлось лично вмешаться в процесс обсуждения. Он сказал, что ДОИМ вносит существенный вклад в работу КБ «Южное» по созданию ракетных комплексов, и добавил, что Владимир Федорович Уткин просил его поддержать создание института. Это не помогло. Василий Павлович не унимался и настаивал на том, чтобы не принимать скоропалительных решений. В конце концов была создана комиссия из академиков Академии наук СССР, которая должна была оценить справедливость наших притязаний: соответствуют ли требованиям академического уровня кадровый состав, лабораторная база, корпуса, в которых будет размещаться институт, и проч.
Сразу же после заседания я спросил у Мишина: «Василий Павлович, я понимаю, могли быть возражения со стороны академиков – не ракетчиков. Но Вы же ракетчик. Зачем же Вы своих коллег топите?» Надо отдать должное, в последующем он был активным нашим сторонником и всячески поддерживал создание института. А тогда это была первая встреча, до этого я с Василием Павловичем никаких контактов не имел и никаких, будем так говорить, деловых вопросов не решал.
Создали комиссию. Я уж и не помню полный её состав, но точно помню, что в неё вошли академики В.П.Мишин, Юрий Николаевич Работнов (прочнист), Георгий Иванович Петров (аэродинамик), Горимир Горимирович Черный (газодинамик). Ну, как всегда, кто-то был секретарем комиссии, скорее всего, это был ученый секретарь этого Отделения. Был назначен срок, в течение которого комиссия должна была приехать в Днепропетровск.
Однако проходит неделя – не едут. Вторая, третья – нет комиссии. В конце концов, устав от ожидания и неопределенности, мы сами собрались в Москву. В Москве начинаю переговоры с академиками, а они мне: «А зачем куда-то ехать? Давайте всё обсудим здесь и примем решение в Москве». Я не стал возражать: «Пожалуйста!»
Но опять же загвоздка, как их собрать вместе – пять академиков? Проблема не из легких. Решил уговаривать по одному. Поехал к Ю.Н.Роботнову, все еще раз рассказал. Он ответил: «Согласен и готов подписать». Я тут же его прошу: «Позвоните тогда следующему члену комиссии». Он охотно звонит, но не может дозвониться. Немного подумав, говорит: «Привыкнув к благам цивилизации, мы забыли старые добрые правила, старый добрый способ. Давайте я Вам напишу записку». Пишет записку: «Вот, моя поддержка у Вас уже есть». По такой же схеме мы собрали голоса остальных членов комиссии.
Самым крепким орешком оказался Г.Н.Петров. Чтобы расколоть его, я решил призвать на помощь своих аэродинамиков. Мы приехали с ними в Москву уже исключительно для беседы с Петровым. Познакомившись с нашими специалистами лично, академик убедился в их высокой квалификации и дал свое согласие на создание института.
Таким образом, в результате длительных переговоров комиссия сказала «да» институту в Днепропетровске. Бюро Отделения механики и процессов управления Академии наук СССР приняло положительное решение уже автоматически. Следующий этап – заседание Президиума академии наук СССР. Вопрос должен был докладывать вице-президент, академик Леонид Иванович Седов, уже пожилой человек, которого считали «главным ракетчиком». В те времена, когда мы были все «закрытые» и невыездные, он нас представлял за рубежом (и не только).
Перед заседанием Президиума я зашел к академику Анатолию Петровичу Александрову – президенту АН СССР. Он подтвердил, что сегодня на Президиум выносится наш вопрос, что Борис Евгеньевич Патон с ним по этому поводу уже говорил. Мне же Борис Евгеньевич не обещал, что он лично будет нам помогать в этом деле. В свое время по поводу создания института он сказал: «Кто Вам мешает? Создавайте!» Я тогда обрадовался: «Мне только и надо было получить от Вас карт-бланш, чтобы руки были развязаны!» Ну, а когда я уже зашел к А.П.Александрову и он сказал: «Да, я знаю. Мы будем поддерживать» – тут-то я и понял, что Борис Евгеньевич, несмотря на совет действовать самостоятельно, отслеживал события и, где надо, подстраховывал.
Но я всё же волновался: как оно пойдет на заседании Президиума? Там строгая субординация, если союзный академик что-то утверждает, то негоже ему возражать, не имея таких же погон, как у него. Поэтому я пригласил нашего сторонника академика Василия Павловича Мишина. Мы с ним приехали, сели в зале.
Наконец заседание Президиума, дело доходит до нашего вопроса. Поднимается академик Седов, что-то невнятно бормочет. Ничего не поймешь. Что за институт технической механики? Чем он будет заниматься? Анатолий Петрович Александров видит, что обсуждение не в то русло пошло – подымается и объявляет: «Я сам доложу. Создаем в Днепропетровске ракетный институт. Есть возражения? Нет возражений. Принято».
После этого я начал пробиваться в Госкомитет по науке и технике к Марчуку Гурию Ивановичу. В конце концов, беседа состоялась. Я ему рассказал, что Академия наук СССР поддержала создание в Днепропетровске института. А он мне отвечает: «Знаю я этот вопрос. Со мной Борис Евгеньевич Патон говорил. Мы поддерживаем».
Однако в Госкомитете вышло не так всё просто и гладко. Снова начались выяснения, какие основания есть для создания института. «Надо бы приехать посмотреть на месте, что у вас там за материально-техническая база. У нас принято все изучать». А я им на картинках показываю: «Смотрите – это проекты наших зданий, – какие они красивые, просторные, светлые. Вот, где будет размещен институт. Материально-техническая база есть, научный коллектив тоже. Ну, а если желаете, так приезжайте, осматривайте лично». «Хорошо, мы к вам приедем, обязательно приедем», – «обрадовал» меня один из чиновников, которые на страже всего этого дела стояли. И таки приехал.
А у нас здесь нулевой цикл, кругом разруха, и только стоят старые корпуса бывшего винзавода на улице Ляшко-Попеля. Как увидел он все это: «Где же та красота, которой Вы нас покорили?!». Отвечаю: «Непременно будет, только чуть-чуть попозже». «Если бы мы знали, как обстоят дела в реальности, – говорит, – положительного решения никогда бы не приняли». Так что много разных нюансов было.
Но, в конце концов, в мае 1980 года вопрос о создании Института технической механики на базе Днепропетровского Отделения института механики Академии наук Украины был решен окончательно. А новые корпуса были введены в эксплуатацию в 1982-м году.
Что касается научно-технических проблем, которые мне пришлось решать непосредственно, то рассказ об этом занял бы довольно много места и времени. Хотя это очень интересный и захватывающий процесс. Поэтому остановлюсь на одной из них.
КБ «Южное» приняло решение о разработке принципиально нового вида старта боевых стратегических ракет – минометного. Михаил Кузьмич Янгель очень много сил приложил к тому, чтобы этот вид старта был осуществлен.
Естественно, новый вид старта породил и соответствующие научно-технические проблемы. Вообще, минометный старт имеет колоссальные преимущества по сравнению с газодинамическим. Но запуск двигателя при этом осуществляется в условиях невесомости. То есть ракета – двухсоттонная 15А14 – выбрасывается из контейнера с помощью пороховых аккумуляторов давления, и на высоте 15-20 м должен произойти запуск двигателя. Если, не дай Бог, этого не произойдет, то ракета вернется либо непосредственно в пусковой контейнер, либо рядом с ним со всеми вытекающими отсюда последствиями. Естественно, при выходе ракеты из контейнера возникают продольные растяжения-сжатия корпуса ракеты и колебания давления на входе в двигатель. В этих условиях, плюс невесомость, необходимо осуществить нормальный запуск двигателя с весьма малыми разбросами по времени выхода двигателя на режим. Ведь если разница во временах запуска двигателя будет большая, то двигатель запустится либо еще вблизи контейнера, либо, когда ракета уже будет падать с высоты 15-20 метров.
Эта проблема, в конечном счете, решается, и разброс этих времен составляет десятые доли секунды. За это время ракета куда-то далеко не улетит. Загвоздка была в том, что невесомость и колебания давления на входе в двигатель могут привести к кавитационному срыву работы насоса. По первоначальным оценкам, которые сделал НИИТП, амплитуды колебания давления на входе должны были составлять очень большие величины – чуть ли не 10-15 атмосфер. Это означало, что провалы давления на входе были существенно ниже давления кавитационного срыва, и насосы могли не обеспечить нормальный запуск двигателей. Поэтому возник вопрос об установке демпфера для гашения колебаний, которые возникают при минометном старте ракеты.
В соответствии с компоновкой ракеты этот демпфер можно было расположить на расстоянии, точно уже не помню, но, по крайней мере, где-то метрах в двух, а может чуть больше, от входа в двигатель. Это с одной стороны. А с другой стороны, газовый демпфер для боевой ракеты очень не желателен.
Поскольку ракета находится на дежурстве длительное время в заправленном состоянии, то был предложен гофрированный демпфер из пружинной стали. При этом возникла проблема соединения упругой стали с АМГ-6, с одной стороны, и обеспечения герметичности при длительном стоянии ракеты на боевом дежурстве – с другой. Нужно было обеспечить герметичность при хранении ракеты в течение 10 лет. Этот демпфер был предложен НИИТП при поддержке ЦНИИМаша. Разрабатывало и отрабатывало его КБ «Южное», изготавливался он на Южмаше. Повторюсь: для боевой ракеты такой демпфер был бы крайне нежелательным. Но, если необходимо для обеспечения запуска двигателя, надо ставить. Иначе не может быть осуществлен минометный старт.
На этом этапе очень настойчиво просил нас заняться этой проблемой Владимир Федорович Уткин. Прежде всего надо было выяснить, какие же колебания могут возникнуть на входе в двигатель при минометном старте. Для этого мы разработали нелинейную математическую модель двигательной установки, включающую динамику питающих магистралей, колебания давления на днищах бака и так далее.
И вот, когда мы начали математическое моделирование процесса выхода ракеты из пускового контейнера, обнаружили, что данные, которые нам выдал ЦНИИМаш, были очень завышены по амплитудам колебаний. Мы в своих расчетах таких амплитуд колебаний не получили. Это насторожило: а нужен ли демпфер для минометного старта? Провели расчеты и увидели, что, в общем-то, демпфер для решения этой проблемы не нужен, потому что он вносит незначительный вклад в снижение амплитуд колебаний.
Тогда нам сказали, что демпфер нужен для обеспечения продольной устойчивости при полете ракеты на активном участке при работе двигателя первой ступени. На базе этой же математической модели начали моделировать и процесс полета с целью определения амплитуд продольных колебаний, которые могут возникнуть при полете ракеты. Моделирование этого процесса показало, что и больших амплитуд продольных колебаний не возникает. Продольные колебания возникали, но амплитуды их не превышали величины 0,5ч0,6g уже на первых двух тонах продольных колебаний корпуса ракеты. Это дало основание нам утверждать, что демпфер не нужен и для обеспечения продольной устойчивости.
И вот тут началась борьба между НИИТП, ЦНИИМаш и нами. И во всей этой борьбе нас очень активно поддерживал Владимир Федорович Уткин. На установку демпфера он был готов идти только в том случае, если он действительно необходим и без него не будет решена либо проблема минометного старта, либо проблема обеспечения устойчивости. Но это надо было доказать очень и очень основательно. А коль одни говорят: «Надо ставить», а другие – диаметрально противоположное, то необходимо решить, кто же прав.
После длительных споров и обсуждений с НИИТП, ЦНИИМаш и нами, Владимир Федорович Уткин принял решение: первые две машины пускать с демпфером. Это было разумное решение, потому что первый пуск – это всегда пуск, при котором надо учесть худшие варианты. И если, не дай бог, будет плохой исход и не будет стоять демпфер, о котором говорили, что он нужен, то неудачу спишут на его отсутствие. Ну, а третью машину пустить без демпфера. И если существенных отличий не будет, то следующие ракеты тоже делать без него.
Так и было сделано. Третья машина показала точно такие же результаты, как и первые две. На демпфере был поставлен крест. И таким образом была обеспечена надежность машины при длительном хранении, без каких-либо течей из-за трудного соединения АМГ-6 с пружинистой сталью. Это я рассказал вкратце, а на деле процесс тянулся долго.
|
