Физика в бою - В. Жуков

Общая система амортизации нашла применение в шахтных пусковых установках для амортизации ракеты «Атлас». Она состоит из четырех пружинных блоков-подвесок, поддерживающих квадратную клеть с ракетой и необходимым оборудованием. Общий вес клети составляет 1350 т, высота ее 45 м при длине стороны основания 14,7 м.

В клеть вмонтирована ферма, обеспечивающая распределение нагрузки от четырех точек крепления на десять вертикальных несущих элементов. Верхняя часть пружинного блока крепится к металлическим кронштейнам на стене шахты, а нижняя — к кронштейнам клети. Каждая блок-подвеска представляет собой набор из шести пар параллельно работающих телескопических пружин. Диаметр одной пружины 600 мм, толщина прутка, из которого она изготовлена, — 62,5 мм.

Амортизация клети в вертикальной плоскости осуществляется за счет упругости пружин, а в горизонтальной плоскости — маятниковой конструкцией подвески. Для уменьшения амплитуд горизонтальных колебаний маятниковой подвески между клетью и стенками шахты установлены специальные гасители. Они ограничивают перемещения клёти до приемлемых пределов. Зазор между стенкой шахты и клетью составляет 45 см, что, по мнению зарубежных специалистов, достаточно для максимально возможных перемещений клети при действии на шахту избыточного давления во фронте воздушной ударной волны, равного 7 кг/см2.

По второй схеме для ракеты и каждого из объектов оборудования шахты разрабатывается отдельная, так называемая автономная, система амортизации. Сообщалось, что это требует не только огромной конструкторской работы, но и проведения весьма дорогих натурных или стендовых испытаний. Если же испытательные стенды, позволяющие воспроизводить или моделировать действия ядерного взрыва на шахты, отсутствуют, разработка систем автономной амортизации в еще большей степени затрудняется. Применение автономной системы амортизации за рубежом признается оправданным в конструкциях тех пусковых установок, где предусматривается небольшое количество объектов технологического оборудования, нуждающихся в амортизации, или если используются устройства, обладающие высокой стойкостью к механическому действию ядерного взрыва. По этой схеме выполнена, в частности, система амортизации американских ракет «Титан II» (рис. 5). Несколько другая, но основанная на тех же принципах система амортизации ракеты «Минитмен». Особенность ее — наличие специального устройства, обеспечивающего вертикальное положение ракеты путем поджатия или ослабления упругих элементов амортизаторов.

Рис. 5. Система амортизации ракеты

Третья схема предусматривает объединение групп оборудования, размещаемых на одном уровне (этаже) шахты или центра управления ракетными базами и применение для этой группы оборудования индивидуально-групповой системы амортизации. Такая схема амортизации получила наименование комбинированной. Она находит применение при амортизации электронно-пусковой аппаратуры как в шахтных пусковых установках, так и в центрах управления.

Так, центр управления шахтными пусковыми установками ракет «Минитмен» для защиты электронно-пускового оборудования и предупреждения травм у обслуживающего персонала при воздействии ядерного взрыва имеет маятниковую систему амортизации. Она представляет собой подвешенную к верхнему перекрытию платформу размером 8,4 на 3,6 м и весом 31,5 т. Четыре упругих элемента обеспечивают снижение перегрузок, действующих на платформу в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Для гашения колебаний платформы в горизонтальном направлении предусмотрены четыре пневматических демпфера.

Вертикальные упругие элементы платформы представляют собой пневмопружинные амортизаторы. Они состоят из прикрепленного к платформе цилиндра высокого давления, поршня и штока, шарнирно соединенного с перекрытием. В статическом положении равновесия платформа удерживается давлением воздуха и пружиной, находящейся в цилиндре. Цилиндр подвески амортизатора размещается в воздушном баллоне, внутри которого находится воздух под тем же давлением, что и в цилиндре. Если под воздействием ядерного взрыва перекрытие пункта управления перемещается, увеличивается объем цилиндра и давление в нем уменьшается. Но тотчас в цилиндр из баллона начинает поступать воздух и динамичность нагрузки снижается. Уменьшается и перемещение платформы вниз. При обратном перемещении перекрытия избыточное давление в цилиндре снижается за счет выпуска воздуха.

Эффективность подобной системы амортизации может быть практически изменена в любом диапазоне путем изменения количества воздуха, поступающего в цилиндр и выпускаемого из него. По мнению зарубежных специалистов, основное достоинство пневмопружинных элементов состоит в том, что они позволяют достичь низкой частоты колебаний амортизируемой платформы. Это дает возможность в широком диапазоне снижать действующие нагрузки при относительно небольших горизонтальных перемещениях платформы. В целом же такая система обеспечивает снижение ускорений платформы центра управления вниз до 0,5 g, вверх до 3 g, а в горизонтальном направлении до 1 g, что, по американским данным, вполне допустимо для безопасного обслуживания оборудования управления подземными ракетными базами.

Многим читателям, вероятно, помнится описываемое в школьных учебниках явление резонанса. Оно состоит в том, что размах колебаний какого-либо тела резко возрастает, когда на его собственные колебания, частота которых определяется свойствами самого тела, накладывается действие внешних сил, имеющих ту же частоту. Классический пример резонанса — разрушение моста, по которому шел в ногу строй солдат.

О резонансе приходится думать и конструкторам систем амортизации ракет в шахтах. При расчетах они следят за тем, чтобы частота собственных колебаний ракетной амортизирующей системы, помещенной в шахту, находилась в определенном соотношении с частотой колебаний, которые могут возникнуть при воздействии ударной волны ядерного взрыва.

По мнению зарубежных специалистов, достоверный расчет систем амортизации предполагает очень точное предварительное знание всех собственных частот колебаний амортизируемого объекта и частот вынужденных колебаний шахтного сооружения. Но если первые определяются сравнительно просто, значения других зависят от многих трудно учитываемых факторов, а потому и вычисляются весьма приближенно. Существенное влияние на частоты и амплитуды колебаний шахтных сооружений оказывает характер колебательных движений грунтовых пород. Однако для того чтобы выяснить качественную и количественную картину этих колебаний, необходимы сложные экспериментальные работы. Последнее, как считают зарубежные специалисты, составляет одну из серьезных научно-технических проблем, разрешение которой может значительно повысить степень защищенности ракетных комплексов от воздействия ядерных взрывов.

Таковы некоторые особенности учета механических колебаний при создании современных образцов боевой техники. Как видно, они непросты и требуют глубокого проникновения в суть разнообразных физических процессов. С дальнейшим развитием военного дела круг подобных проблем будет, несомненно, расширяться. Ученым, инженерам придется решать все новые и новые задачи. А это, в свою очередь, повысит требования к знаниям, кругозору тех специалистов, которым придется эксплуатировать, использовать в бою новые образцы вооружения и боевой техники.

САМОЛЕТ — ПТИЦА?

Генерал-майор инженерно-технической службы запаса Г. БУРАГО, профессор, доктор технических наук

В удивительном прогрессе авиации с момента ее зарождения и до наших дней, наряду с колоссальным ростом грузоподъемности самолетов, высоты и дальности полета, особенно выделяются успехи в штурме скоростей. Взгляните на график (рис. 6). На нем показано, как из года в год росли абсолютные рекорды скорости полета самолетов. Из графика видно, что с 1906 по 1962 год скорость увеличилась примерно от 50 до 3 тыс. км/час, т. е. в 60 раз! Какими путями был достигнут такой гигантский скачок скоростей? Конечно, прежде всего увеличением мощности авиационных двигателей, и главный прирост в рекордах скоростей произошел с внедрением в авиацию реактивных двигателей. Да и материалы, из которых делают самолеты, стали более прочными.

Рис. 6. Так росли по годам абсолютные рекорды скорости полета самолетов

Обратите также внимание на то, как изменилась за эти годы форма самолетов, их внешний вид. Случайно ли это? Прихоть ли руководила конструкторами, стремление к более красивым формам или какая-то закономерность, целесообразность? Конечно, не прихоть. Внешние формы быстроходных самолетов подсказаны необходимостью. Посмотрите еще раз на график. Случайно ли, что силуэты тихоходных самолетов в нижней части кривой чем-то напоминают цаплю или аиста в полете, а в верхнем — стрижа, ласточку или сокола, сложившего крылья для стремительного броска на добычу? Нет, не случайно. И в том и в другом случае в борьбе за скорость надо было уменьшить сопротивление воздуха. Но человек, однако, не копировал птицу. Он шел к этой целесообразной форме крыла современных скоростных самолетов своим, сложным путем.