Для исследования характеристик пульсации давления были созданы и испытаны маломасштабные модели и крупномасштабные модельные установки (М 1:140 - М 1:10), на которых изучались все участки полета ракеты и различные режимы работы ее двигателей. Для проведения испытаний этих моделей были доработаны и модернизированы существенные стенды и аэродинамические трубы экспериментальной базы ракетной и смежных отраслей, а также построены новые стенды и установки. Особое внимание уделялось оснащению экспериментальной базы отвечающими современному уровню средствами измерений и обработки данных.
Наряду с исследованиями на моделях был проведен также ряд акустических измерений при стендовых испытаниях натурных блоков А и Ц, одиночных двигателей и их связок в составе этих блоков.
Были изучены процессы, связанные с особенностями работы натурной двигательной установки, которые либо невозможно предсказать, либо крайне сложно воспроизвести на моделях. В частности, обнаружено, что запуск двигателей блока Ц и блоков А сопровождается кратковременным возникновением узкополосных составляющих в спектрах пульсации в ближнем поле струи с характерными частотами 60-100 Гц и 160-172 Гц соответственно. Было установлено, что возникновение этих узкополосных составляющих связано с нестационарностью рабочих процессов в двигателях на переходных режимах тяги.
Экспериментальное определение характеристик пульсации, прежде всего, было связано с проблемой создания специализированных аппаратурных систем измерений и обработки данных, удовлетворяющих практические потребности.
Созданные прецизионные системы измерений и обработки с последовательным наращиванием их мощности и функциональных возможностей были многократно опробованы как в условиях модельного эксперимента, так и в условиях стендовых натурных блоков. Накопленный опыт позволил успешно использовать созданные прецизионные системы измерений и обработки данных и при первом пуске ракеты "Энергия".
Испытания на стенде "СВОД" модели ракеты (М 1:10), проводившиеся с использованием модельных твердотопливных двигателей, показали снижение суммарного уровня пульсации для случая начала движения:
- на днищах модели блока Ц и модели блока А (5-8 дБ),
- на боковой поверхности кормовой части (3-5 дБ),
- на боковой поверхности модели орбитального корабля (6-8 дБ), При подъеме ракеты на высоту до 12 м боковым смещением снижение суммарных уровней пульсаций давления составляла:
- на днищах Ц и А - 0-2 дБ,
- на боковой поверхности кормовой части А и Ц - 3-5 дБ,
- на боковой поверхности модели орбитального корабля - 4-6 дБ, Снижение уровней пульсаций давления наблюдается в диапазоне частот от 20 до 100 Гц.
Отличия модельных испытаний по типу и составу топлива, используемого в модельных агрегатах, от натурных агрегатов привело к завышению степени влияния подачи воды на уровни пульсации давления.
Испытания же натурного двигателя РД-0120 показали, что подача воды в факел двигателя РД-0120 в условиях натурного автономного стенда практически не приводит к снижению уровней давления в ближнем акустическом поле двигателя, т.е. в районе днища блока Ц.
Испытания натурного двигателя РД-170 в составе стендового блока А показали, что подача воды в факел двигателя в условиях натурного стенда приводит к снижению уровней пульсации в ближнем акустическом поле примерно на 1 дБ на режиме 100 %-й тяги и на 3-4 дБ на режиме 50 %-й тяги.
Испытания модельного блока Ц (М 1:10) на специальной установке ЭУ-360 с подачей воды, имитирующей условия стендового испытания блока Ц, не показали снижения уровней пульсации на днище модели: снижение уровней давления на боковой поверхности кормовой части блока Ц составляет примерно 4 децибела, а в районе межбакового отсека доходит до 6 децибел в начале движения.
Таким образом, обобщая результаты всех проведенных испытаний с учетом особенностей каждого вида испытаний, можно было сделать вывод, что в условиях реального старта при начале движения подача воды в факел двигателей ракеты приводит к снижению уровней пульсации давления:
- на днищах блоков А и Ц на 0-2 дБ;
- на боковой поверхности кормовой части блоков А и Ц на 2-4 дБ,
- в районе межбакового отсека на 4-6 дБ.
Анализ результатов проведенных крупномасштабных и маломасштабных модельных исследований показал, что при штатном подъеме ракеты над стартом на высоту до 20-30 м уровни пульсаций давления на поверхности ракеты остаются практически постоянными, а при нештатных ситуациях могут возрастать на 2-3 дБ.
Подача воды приводит к снижению уровней пульсации давления только на участке до 20 м, влияние подачи воды уменьшается по мере подъема ракеты и практически прекращается при достижении высоты 15-20 м.
