Инженерный журнал: наука и инновации
# 5·2017 1
УДК 533.6.011.32 DOI 10.18698/2308-6033-2017-5-1615
Исследование пространственной динамики ракеты
на старте под действием ветровой нагрузки
© А.А. Сергеева, Р.В. Сидельников
Южно-уральский государственный университет (НИУ), Челябинск, 454080, Россия
Рассмотрены вопросы, связанные с методикой выявления возможных резонансных
изгибных колебаний ракеты, подверженной ветровому воздействию. В рамках
разрабатываемой методики приведен алгоритм расчета корпуса ракеты первого
приближения на внешнее ветровое воздействие. В результате вычислений получены
значения распределенной по высоте ветровой нагрузки. Для более глубокого изучения
вопроса появления резонансных изгибных колебаний проведен анализ влияния
возмущающих факторов ветрового воздействия на поведение конструкции
цилиндрической формы, который показал значительное увеличение боковой силы по
отношению к силе сопротивления в достаточно узком диапазоне чисел Струхаля.
Полученные результаты отражены на графике зависимости соотношения
коэффициентов боковой силы и силы сопротивления от числа Струхаля.
Ключевые слова:
ракета, боковая сила, ветровая нагрузка,
резонансные изгибные
колебания
Ракетные конструкции в той или иной мере подвержены ветро-
вому воздействию в горизонтальном направлении. Наличие ветра
определяет целый комплекс нагрузок, испытываемых ракетой, нахо-
дящейся на стартовой площадке, которые оказывают влияние на ве-
личину частоты собственных колебаний корпуса ракеты и обычно
вызывают затухающие упругие колебания [1].
Принято считать, что ветер состоит из стационарной части, изме-
няющейся с течением времени и высотой, и нестационарной, вызы-
ваемой порывами и атмосферной турбулентностью [2]. Ветровое
нагружение представляет собой достаточно сложный процесс, вызы-
вающий пространственные перемещения конструкции. Под действи-
ем стационарной части ветра ракета, сопротивляясь, отклоняется в
его направлении и деформируется. Вместе с этим нестационарная
часть ветра, представленная в виде порывов, вызывает колебания
конструкции в том же направлении. В то же время на боковых (отно-
сительно направления ветра) сторонах тела обтекания происходят
нестационарные срывы потока. Возникая попеременно с противопо-
ложных сторон, они приводят к появлению колебаний конструкции в
поперечном (по отношению к потоку) направлении [3] (рис. 1).
В целом вопросы воздействия ветра на конструкции и сооруже-
ния рассмотрены достаточно хорошо в теоретических (например, ме-
тоды расчета детерминированных ветровых воздействий, а также
случайных с учетом пульсационной составляющей) [4, 5] и практиче-
ских (практика выполнения подобных расчетов) аспектах [6–10].