Основні досягнення представників школи
Розвинено лінійну теорію поздовжньої стійкості рідинних ракет-носіїв і створено нелінійну теорію поздовжніх коливань рідинних РН, які не мають аналогів в Україні і за кордоном. Найважливішою складовою в цих теоріях є урахування кавітації в насосах рідинних ракетних двигунних установок (РРДУ) на базі створеної теорії низькочастотних кавітаційних автоколивань в насосних системах живлення РРДУ. Завдяки такому урахуванню кавітації з’явилась можливість давати достовірні прогнози поздовжньої стійкості рідинних РН.
Створено теорію низькочастотних кавітаційних автоколивань в насосних системах живлення РРДУ, яка дає можливість прогнозувати стійкість насосної системи живлення РРДУ до кавітаційних коливань. На основі цієї теорії розроблено ефективні способи і засоби усунення кавітаційних автоколивань в насосних системах живлення РРДУ, які впроваджені в ДП «КБ «Південне». Теорія кавітаційних автоколивань дозволила на якісно новому рівні підійти до розв’язання задач лінійної і нелінійної динаміки РРДУ і ракети в цілому (визначення частотних характеристик і розрахунок процесу запуску рідинних ракетних двигунів (РРД)).
Розроблено методику аналізу взаємодії поздовжніх коливань корпусу РН та низькочастотних процесів у маршовій РРДУ при польоті рідинної РН. Методика дозволяє визначити комплексні власні частоти і форми коливань багатоконтурної динамічної системи «РРДУ – корпус РН» і її підсистем, діагностувати стійкість даної системи до різних видів низькочастотних коливань.
Запропоновано метод перенесення граничних умов для розрахунку амплітудно-фазових частотних характеристик систем живлення РРДУ, що узагальнює імпедансний метод на випадок багатовимірних і розподілених зовнішніх дій. Розроблено методику багатокритеріальної оптимізації осьових шнекових переднасосів РРД і демпферів поздовжніх коливань.
Розроблено методику наближеного визначення амплітуд поздовжніх автоколивань в нелінійній системі «РРДУ – корпус РН» із «замороженими» коефіцієнтами, яка заснована на використанні методів гармонічної лінеаризації.
Досліджено основні нелінійності ланок динамічної системи «РРДУ – корпус РН» і їх вплив на обмеження амплітуд поздовжніх коливань. Показано, що найбільш суттєвими нелінійностями, що обмежують амплітуди поздовжніх коливань, є нелінійності характеристик РРД і, перш за все, характеристик, пов’язаних з кавітаційними явищами в шнековідцентрових насосах.
Виконано теоретичні прогнози поздовжньої стійкості ракет космічного призначення (РКП) «Зеніт-2SL» і «Зеніт-3SL» (в рамках програми «Морський старт»), «Зеніт-2SLБ» і «Зеніт-3SLБ» (в рамках програми «Наземний старт»). Проведено теоретичний аналіз динамічних властивостей РКП «Антарес», яка розроблялась за завданням Orbital Sciences Corporation (США) і в останні роки було проведено ряд успішних запусків її. Виконано теоретичний прогноз поздовжньої стійкості РКП «Циклон-4М». Виконано теоретичний прогноз поздовжньої стійкості нових рідинних ракет космічного призначення на етапі їх ескізного проєктування: ракет тандемної схеми компонування «KSLV-II» та «Маяк–Л3.0» (легкого класу), ракети пакетної схеми компонування «Маяк–Т3.0» (важкого класу). Надано практичні рекомендації щодо забезпечення поздовжньої стійкості зазначених РКП.
Вперше у світовій практиці ракетобудування для важких і надважких рідинних РН створено принципово нові перспективні класи малогабаритних демпферів поздовжніх коливань – гідродинамічних і термодинамічних, ефективність яких істотно вище, ніж у газорідинних демпферів. Гідродинамічний демпфер пройшов повний цикл експериментального відпрацювання, був встановлений на РН «Зеніт» і забезпечив її поздовжню стійкість.
Розроблено основи теорії і проєктування принципово нових високоефективних термодинамічних і пневматичних віброзахисних систем КА з квазінульовою жорсткістю на робочій ділянці статичної характеристики. Запропоновано нову пневматичну систему захисту КА «Січ-2М» від поздовжніх вібраційних навантажень при його виведенні на робочі орбіти. На основі результатів математичного моделювання показано, що установка віброзахисної системи між верхнім ступенем РН і КА забезпечує зниження рівня поздовжніх вібраційних навантажень на КА «Січ-2М» в частотному діапазоні від 5 Гц до 100 Гц вдвічі і більше.
Розвиток наукової школи у 2020 – 2024 рр.
Представниками наукової школи (д-р техн. наук Кваша Ю. О., канд. техн. наук Долгополов С. І., канд. техн. наук Хоряк Н. В., канд. техн. наук Башлій І. Д. та ін.) успішно розв’язуються сучасні проблеми динаміки рідинних ракет-носіїв, систем віброзахисту різного призначення, гідродинаміки нових технічних пристроїв з кавітуючими елементами та ін.
Розвинено теорію поздовжніх коливань рідинних РН, яка є основною складовою проривної технології забезпечення поздовжньої стійкості широкого класу ракет-носіїв, включно з твердопаливними ступенями.
Розроблено новий підхід до дослідження поздовжньої стійкості РН пакетної схеми з урахуванням взаємодії низькочастотних процесів в маршових рідинних ракетних двигунних установках ступенів РН кожного з блоків та коливань корпусу РН, що відбувається по каналах тяги РРДУ центрального та бічних блоків РН. Підхід базується на застосуванні критерію Найквіста, узагальненого для багатоканальних динамічних систем.
Розроблено ефективний метод визначення розкиду тяги рідинних ракетних двигунів при дії внутрішніх та зовнішніх факторів та ураховано дію цих факторів при запуску багатодвигунної РРДУ першого ступеня ракети-носія «Циклон-4М».
Розроблено чисельний підхід для вирішення нелінійної проблеми прогнозування рівня коливань робочих параметрів РРДУ, поздовжніх віброприскорень і динамічної навантаженості рідинних РН з урахуванням нелінійної нестаціонарної взаємодії пружних просторових коливань корпусу рідинної РН з РРДУ, нелінійних дисипативних втрат у конструкції РН та гідропружних системах РРД.
Розроблено методику для визначення параметрів руху границі розділу газового і рідкого середовища в порожнинах паливних баків сучасних космічних ступенів рідинних ракет-носіїв в умовах мікрогравітації (в період між запуском і вимиканням маршових двигунів космічних ступенів) з урахуванням конструктивних особливостей внутрішньобакових пристроїв забезпечення суцільності рідких компонентів палива.
