Введение к работе
Объект исследования. Диссертация посвящена математическому обеспечению экспериментального исследования гидрогазодинамических процессов, протекающих при моделировании подводного старта ракет в условиях гидродинамического оборудования (гидробаллистического бассейна Государственного Ракетного Центра).
Актуальность темы. Важным этапом создания баллистических ракет подводных лодок является их наземная экспериментальная отработка. Эксперименты с применением методов физического моделирования, проводимые в гидробаллистическом бассейне, позволяют решать широкий круг гидрогазодинамических задач, возникающих при разработке нового ракетного комплекса. Результаты модельных экспериментов затем с достаточно высокой степенью точности могут быть перенесены на натурные условия.
В последнее время в связи с поиском новых технических решений возник интерес к реализации старта с применением низкотемпературного парогазового генератора. При этом способе старта создается значительно более благоприятный температурный режим в шахте при выходе из нее ракеты и снижаются тепловые нагрузки на днище самой ракеты. Представляет большой практический интерес его исследование путем постановки модельных экспериментов в гидробаллистическом бассейне и математическое моделирование сопутствующих ему явлений (таких, как образование парогазовой смеси и выход под ее действием ракеты из шахты подводной лодки).
При этом особенности самого модельного эксперимента требуют ряда предварительных оценок, обусловленных необходимостью принятия решения о принципиальной возможности осуществления эксперимента при выбранных условиях с точки зрения обеспечения его безопасности, выбора средств измерения и регистрации, выбора конструкции и снаряже-
ния модельных энергоузлов, моделирующих работу натурных энергетических средств старта и выполнения неоднозначных требований методики моделирования.
В этих условиях актуально применение математического обеспечения, разработанного специально для нужд экспериментатора и включающего в себя инженерные математические модели исследуемых явлений и программные средства, позволяющие проводить расчет по построенным математическим моделям и не уступающие своим коммерческим аналогам.
Цель и задачи исследования. Создание математического обеспечения, ориентированного на использование при подготовке гидродинамического эксперимента в гидробаллистическом бассейне и включающего в себя математические модели исследуемых явлений и программный комплекс, позволяющий проводить расчет по построенным математическим моделям.
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
построить математическую модель работы модельного твердотопливного генератора;
построить математическую модель работы модельного парогазового генератора;
построить математическую модель процессов, протекающих в подракетном объеме при применении в качестве энергетического средства старта модельного парогазового генератора;
разработать алгоритм численного метода, пригодного для расчета процесса образования парогазовой смеси;
создать программный комплекс, ориентированный на диалоговый режим работы с пользователем и реализующий построенные математические модели.
Различные вопросы, связанные с физическим моделированием подводного старта, исследованием динамики многофазных течений и метода-
ми решения задач газовой динамики рассматриваются в работах В. Г. Дег-тяря, Е. Н. Мнева, В. Т. Чемодурова, В. И. Пегова, А. Д. Жаботинского, Ю. П. Кабанова, Г. В. Логвиновича, О. П. Шорыгина, Ю. Ф. Журавлева, Е. Н. Капанкина, М. Г. Щегловой, В. И. Огнева, В. А. Хотулева, Ю. М. Липмиц-кого, Р. И. Нигматулина, В. Е. Накорякова, С. С. Кутателадзе, Д. А. Франк-Каменецкого, Н. А. Фукса, Г. Уоллиса, О. М. Белоцерковского, Н. Н. Яненко, Г. А. Руева, П. Роуча, А. А. Самарского, С. К. Годунова.
Эти труды дают основу для решения поставленных в настоящей работе задач.
Методы исследования. В исследованиях, проводимых в диссертационной работе, используется математический аппарат механики жидкости и газа, математический аппарат теории потенциала, численные методы решения задач газовой динамики, методы программирования и организации структур данных.
Научная новизна. Разработаны инженерные математические модели:
работы низкотемпературного парогазового генератора;
гидрогазодинамических процессов в подракетном объеме при работе модельного парогазового генератора в качестве энергетического средства старта;
процесса затопления пусковой шахты после выхода из нее ракеты;
процесса силового нагружения элементов конструкции гидробаллистического бассейна вследствие развития надшахтной газовой полости после выхода модели ракеты из шахты;
Построен алгоритм численного метода, предназначенного для расчета режимов работы парогазового энергетического средства старта на основе анализа схемы существующего численного метода и ее модификации, введения в рассмотрение дополнительной динамической структуры данных при реализации метода на ЭВМ и реализации вспомогательного сто-
хастического алгоритма. Проведенными расчетами обоснован метод снижения нагрузок, действующих на пусковую установку при ее затоплении.
Практическая значимость. Результаты диссертационной работы нашли применение при подготовке, проведении и анализе результатов модельных экспериментов в гидробаллистическом бассейне Государственного Ракетного Центра, проводимых при отработке подводного старта морских баллистических ракет. Это позволило сократить время на отработку режимов энергетического средства старта и подготовку модельных запусков, а также уменьшить требуемое число самих запусков.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на научных конференциях Челябинского Государственного Университета и Южно-Уральского Государственного Университета, научной конференции молодых специалистов Государственного Ракетного Центра, областной научной конференции «Будущее образования и науки - в руках молодых», всероссийской научной школе «Наука и технологии».
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в работах [1 - 11], список которых приводится в конце автореферата. В работах, выполненных в соавторстве, соискатель непосредственно проводил численное моделирование процессов, разработку программных комплексов и расчеты с их использованием.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и списка литературы, изложена на 142 страницах. Библиографический список содержит 98 наименований.
