Вопрос - какими средствами идет борьба с пульсацией давления на форсунках ЖРД?

23 сентября и 12 октября 1958 года были проведены первые пуски ракет Р-7 в лунном варианте. Оба пуска закончились однотипными авариями - разрушением пакета на конечном участке полета первой ступени.

Подобного вида аварии наблюдались впервые. Никаких производственных дефектов, конструкторских ошибок или "разгильдяйства" испытателей при подготовке ракет первый анализ не обнаружил. Возникли подозрения о непознанном принципиальном недостатке пакетной схемы. История поисков первопричины этих аварий очень поучительна.

...

В состав отдела управления нашего ОКБ-1 входила лаборатория динамики, инженеры которой анализировали динамику процессов управления после каждого полета, независимо от его результатов. Возглавлявший эту лабораторию Георгий Дегтяренко и заместитель Пилюгина Михаил Хитрик, анализируя поведение системы РКС -регулирования кажущейся скорости, обратили внимание на непонятное поведение датчиков давления, которые играли в этой системе роль приборов обратной связи. Эти датчики следили за давлением в камерах сгорания боковых блоков. Датчик системы РКС, обладавший высокой разрешающей способностью, показал, что давление в камерах пульсировало с частотой от 9 до 13 герц. Эта частота совпадала с частотами собственных продольных упругих колебаний ракеты. Амплитуда этих колебаний к моменту прекращения записи достигла ± 4,5 атмосфер.

Если это не электрические наводки в системе измерений, то такие пульсации давления в камере должны вызвать соответствующие по частоте колебания в системе подачи кислорода и керосина. Действительно, повторный микроанализ подтвердил, что давление окислителя на входе в насосы всех блоков пульсирует в этом диапазоне частот. Датчик осевой перегрузки подтвердил наличие расходящихся колебаний продольной перегрузки, совпадающих по частоте с пульсациями тяги двигателей.

Круг поисков замыкался в контуре: конструкция ракеты - пульсации давления кислорода на входе в насосы - пульсации тяги двигателей боковых блоков. В этом замкнутом контуре могут возникать расходящиеся по амплитуде колебания, если собственная частота, определяемая свойствами конструкции ракеты, совпадает с частотой пульсаций давления в камере сгорания. При этом деформации конструкции и, прежде всего, топливных трубопроводов на входе в насосы двигателей приводят к разрушению, за которым следует пожар, и взрыв.

"Следопыты" вернулись к записям этих параметров на предыдущих пусках и убедились, что пульсации, правда, значительно меньшей амплитуды, были почти на всех ракетах, но этому явлению никто не придавал особого значения. Обычно давление в камерах сгорания двигателей контролировалось по датчикам телеметрической системы. Они были рассчитаны на диапазон от 0 до 50 атмосфер, и поэтому пульсаций на них дешифровщики не заметили.

...

Келдыш мобилизовал теоретиков НИИ-1 -Аккермана, Натанзона и Гликмана. Они доказали аналитически, что процесс разрушения не случаен, а, скорее, закономерен. По их мнению, следовало не только увеличивать жесткость конструкции, но и найти способы, исключающие саму возможность появления пульсаций давления подачи окислителя на входе в насос. Именно это - причина появления пульсаций давления в камере. Отсюда идет возбуждение колебательного процесса во всем контуре, включая конструкцию ракеты. Исключить возможность возникновения разрушительных процессов только за счет увеличения жесткости нельзя, потому что частота пульсаций давлений может тоже возрасти и тогда снова надо повышать жесткость конструкции.

...

Результатом многодневных исследований без выходных, при неограниченном рабочем дне, явилось предложение о введении специального гидравлического демпфера в магистралях окислителя на входе в насосы. Конструкцией такого демпфера Королев поручил заняться Анатолию Вольциферу, руководившему разработкой всех видов двигательной арматуры. Предлагавшиеся демпферы представляли собой довольно сложное и тяжелое сооружение, которое надлежало врубить в магистраль окислителя.

...

Конечно, конструкцию демпфера, его характеристики несколько раз поправляли. Но главное было достигнуто. Огневые стендовые испытания показали, что при наличии демпфера колебания давления в магистралях кислорода на входе в насосы не приводят к пульсациям давления в камерах сгорания. Стало быть, надо срочно устанавливать демпферы на все предназначенные к пускам ракеты.

Опасность разрушения ракет по причине резонансных явлений в контуре конструкция - двигатель была ликвидирована радикально. Это решение распространялось на все создаваемые после Р-7 ракеты.