Глава V. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ РАБОТ ПО РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМЫ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЖРД

5.3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НАУКИ И ТЕХНИКИ В ПРОЦЕССЕ РАЗВИТИЯ РАБОТ ПО РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМЫ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ЖРД

Анализ, проведенный в предыдущих главах, позволяет сделать и некоторые выводы об особенностях взаимодействия науки и техники в процессе развития работ по охлаждению ЖРД. При этом, разумеется, под наукой понимаются не все научные направления, а лишь те из них, которые оказывали непосредственное или опосредованное влияние на решение проблемы охлаждения ЖРД, а под техникой условно понимается лишь одна ее отрасль — жидкостные ракетные двигатели.
В начале практических работ по ЖРД теплопередача как наука, развивавшаяся под влиянием потребностей различного рода тепловых машин, находилась на достаточно высоком уровне. Однако ее достижения стояли в стороне от потребностей жидкостного ракетного двигателестроения, и попытки отдельных ученых использовать ее результаты для расчета процессов теплопередачи в ЖРД, по существу, не имели практического значения. Кроме того, даже с появлением первых ракетных двигателей по ряду причин не проводилось изучения проблемы их охлаждения и в ходе прикладных научных исследований, она решалась лишь на основе интуиции и здравого смысла конструкторов.
Высокий уровень развития промышленности, существование обычных для того времени материалов, станков и технологических процессов позволило, однако, создать ряд образцов ЖРД. В то же самое время жидкостное ракетное двигателестроение начало предъявлять повышенные требования к промышленности по производству соответствующих материалов, попытки удовлетворения которых начали предприниматься (в СССР) лишь в конце 30-х гг., носили случайный характер и не дали ощутимого результата.
Во второй половине 30-х гг. постепенно, под влиянием запросов со стороны практики ракетного двигателестроения появились прикладные научные исследования, некоторые результаты которых оказались весьма важными для решения проблемы охлаждения ЖРД. Эти исследования опирались на достижения традиционной естественной науки о передаче тепла, но сами не оказывали на нее какого-либо влияния.
Вместе с тем в ходе прикладных исследований «обнажалась» специфика задач, имевших фундаментальный характер. Другими словами, к естественной науке (теплопередаче) со стороны прикладных исследований по проблеме охлаждения ЖРД начали предъявляться некоторые специфические требования, т.е. начал формироваться «социальный заказ». В результате в начале 50-х гг. под влиянием потребностей ракетного двигателестроения в теплопередаче появляются новые, а также расширяются старые научные направления. Появившиеся фундаментальные исследования в свою очередь оказывали обратное влияние на исследования прикладного характера, т.е. связь между этими двумя типами исследований стала носить тесный двухсторонний характер. В послевоенный период времени в ЖРД произошла замена старых материалов новыми. Однако эта замена произошла в рамках результатов, полученных в промышленности по производству материалов, развивавшейся в традиционных направлениях и не испытывавшей влияния со стороны ЖРД. Разработка новых материалов (на основе редких металлов, стеклопластиков и т.д.) для непосредственных потребностей ракетного двигателестроения началась в конце 50-х гг., а их применение — в начале 60-х гг. Полученные в промышленности новые материалы, прежде чем найти применение на штатных ЖРД, изучались в ходе прикладных научных исследований, результаты которых оказывали обратное влияние на работы в промышленности материалов. Другими словами, связь ракетного двигателестроения с этой областью промышленности носила двухсторонний характер. Последнее нашло свое отражение, в частности, в организации работ по ЖРД — в начале 60-х гг. на ряде двигателестроительных фирм США были созданы специальные подразделения по новым материалам. При этом показательно, что, например, сплав «нарлой», использующийся на двигателе космического самолета, был разработан при прямом участии специалистов двигателестроительной фирмы «Рокетдайн».
Следует отметить, что, несмотря на возрастающую роль науки, решение проблемы охлаждения ЖРД до сих пор проводится преимущественно с помощью эмпирических методов.
Теоретические методы иногда указывают на новые возможности решения этой проблемы, как это было, например, при использовании методов интенсификации теплоотдачи к хладагенту путем создания на стенке охлаждающего тракта шероховатости или при нахождении метода уменьшения теплового потока в стенку небольших ЖРД за счет увеличения угла конусности сужающейся части сопла и т.д. Они являются важным «инструментом» при сравнительном анализе проблем теплопередачи в различных ЖРД, позволяют проводить ориентировочные расчеты и т.д. Однако в результаты проектных расчетов, как правило, вносятся существенные коррективы при доводке двигателей. По американским данным, 70% стоимости ЖРД приходится на их доводку. При разработке двигателя для самолета Х-15 конструкторы последовательно опробовали около 100 типов форсуночных головок, замена которых приводила, разумеется, и к изменению внутри камерных процессов, а, следовательно, и к изменению условий охлаждения двигателей.
Кроме того, и сами проектные расчеты в существенной степени основываются на чисто эмпирической информации, полученной в ходе прикладных исследований. Выше уже отмечалось, что при анализе точности расчетов удельных тепловых потоков от продуктов сгорания в стенку ЖРД американские специалисты показали, что для случая протекания по соплу горячего воздуха эта точность для инженерной практики удовлетворительна. Однако авторы ряда работ убедительно показали, что величина плотности теплового потока, измеренная в реальных условиях ЖРД, может совпадать с расчетной, может быть существенно выше или ниже ее. Причина этого заключается в том, что теория теплопередачи в ЖРД построена на некоторых абстрагированных, идеализированных предпосылках и не учитывает в полной мере влияния внутрикамерных процессов на передачу тепла от продуктов сгорания. Следовательно, дальнейшее существенное повышение точности теоретического описания теплопередачи в ЖРД будет возможным лишь в том случае, если появятся успехи в создании точной теории внутрикамерных процессов, разработка которой пока находится ближе к своему началу, чем к концу.
Таким образом, в настоящей работе рассмотрено развитие исследований по решению одной из сложнейших проблем современной техники — тепловой защите ЖРД. В ходе этого развития было большое количество неудач, ложных представлений об особенностях теплопередачи в ЖРД, неожиданных ошибок и не менее неожиданных, но всегда желанных побед.
В процессе развития работ по охлаждению ЖРД наблюдается закономерность повторяемости отдельных конструктивных решений, что логично приводит к выводу о необходимости учета всего исторического опыта при современных разработках новых технических средств, о целесообразности проверки в современных научно-технических условиях старых идей и конструктивных решений.
Под влиянием потребностей жидкостного ракетного двигателестроения появились новые или расширились традиционные направления развития теплопередачи, взаимодействие с ракетным двигателестроением промышленности по производству материалов, успехи которой во многом способствовали, а в ряде случаев оказались решающими при разработке новых методов охлаждения ЖРД.
Отечественные специалисты на протяжении всего периода работ по ЖРД, в основном, опережали зарубежных исследователей в решении проблемы тепловой защиты.

Далее…

Исключение составляли лишь огнеупорные материалы, которые в послевоенные годы развивались и под влиянием запросов со стороны ЖРД.