Особенности достижения предельных значений скорости трековых испытаний летательных аппаратов баллистического типа

Разработка высокоскоростных летательных аппаратов баллистического типа со скоростью, превышающей 1000 м/с, в настоящее время является приоритетной задачей за рубежом и в России. Эффективность таких новых изделий подтверждается трековыми испытаниями со скоростью их применения. Испытательные полигоны с рельсовыми трассами существуют практически во всех странах, например в США их более 15: двухрельсовые, монорельсовые и различные их комбинации, различающиеся длиной, шириной рельсовой пары, рельсами и конструкцией самого трека, включая герметичную оболочку над рельсовой дорожкой для заполнения ее более легкой средой. Самый длинный трек США Holloman AFB, расположенный в New Mexico, длиной 15536 м. Располагают трековыми полигонами с различной длиной и своим особенным исполнением Англия, Франция, Германия, Канада, Италия, Япония, Индия, Китай, Корея, Турция и другие страны, включая Африканский континент. Высокоскоростные полигонные испытания в России проводятся на экспериментальной установке «Ракетный рельсовый трек 2500», размещенной на территории ФКП «ГкНИПАС имени Л. К. Сафронова». Экспериментальная установка состоит из рельсового пути, размещенного на специальном основании, обеспечивающем необходимый вертикальный профиль пути с участками подъема и прямолинейного горизонтального движения, а также технологический участок снижения для торможения подвижного технологического оборудования. Испытуемое изделие размещается на ракетной трековой каретке, движущейся по рельсам на опорах скольжения. Для придания ускорения трековой каретке используются ракетные двигатели твердого топлива, тяга которых выбирается на основе баллистических расчетов для достижения требуемой скорости испытания. Длина трека играет важную роль для достижения предельных скоростей разгона подвижного трекового снаряжения. Огромное аэродинамическое сопротивление, пропорциональное квадрату скорости движения каретки при испытаниях на высоких скоростях приводит к необходимости уменьшать мидель и массу подвижной установки. Увеличение тяги двигателей приводит к росту массы и стоимости трекового снаряжения, а также к необходимости увеличения запаса прочности опор скольжения. Однако прирост скорости испытаний можно достичь при замене воздушной среды газами, обладающими существенно меньшей плотностью, например гелием. Трековые испытания новых летательных аппаратов или их элементов хотя и дешевле летных испытаний, однако достаточно дороги. В этой связи работа по теоретической оценке замены среды из окружающего воздуха на гелий, а также на смеси гелия с воздухом при разной его концентрации в крытой галерее на трековой рельсовой дорожке является новой, актуальной и практически полезной задачей. В работе выполнено численное моделирование задачи сверхзвукового обтекания потоком смеси гелия с воздухом при различном их объемном соотношении. Получены численные значения аэродинамического сопротивления при скорости движения 44 SHAPE \* MERGEFORMAT каретки равной 830 м/с. Приведены результаты численных расчетов динамики движения 3D-модели монорельсового трекового снаряжения, которые планируются для использования при проведении натурных огневых экспериментов.