Пого колебание - это самовозбуждающаяся вибрация в жидкостных ракетных двигателях, вызванная нестабильностью горения . [1] Нестабильное сгорание приводит к колебаниям тяги двигателя , вызывая колебания ускорения гибкой конструкции транспортного средства, что, в свою очередь, вызывает колебания давления топлива и расхода, замыкая цикл самовозбуждения. Название представляет собой метафору, сравнивающую продольную вибрацию с подпрыгиванием пого-палки . Колебания Pogo создают нагрузку на раму автомобиля, что в тяжелых случаях может быть опасным. [1]
Источник
Как правило, плавные колебания возникают, когда скачок давления в двигателе увеличивает противодавление по отношению к топливу, поступающему в двигатель, уменьшая давление в двигателе, заставляя поступать больше топлива и снова увеличивая давление двигателя. Перегиб топливных трубок также может вызвать колебания давления топлива. [2] Если цикл соответствует резонансной частоте ракеты, могут возникнуть опасные колебания из- за положительной обратной связи , которая в крайних случаях может разорвать машину на части.
Другая ситуация, в которой будут возникать плавные колебания, - это когда двигатель движется в продольном направлении с переменной скоростью. Из-за инерции , если скорость транспортного средства внезапно увеличивается, топливо внутри топливного бака имеет тенденцию «отставать» и выталкивается в турбонасос , ситуация несколько похожа на выплескивание жидкости внутри автоцистерны. Это создает избыточное давление в турбонасосе и вызывает непреднамеренную подачу избыточного топлива. Это, в свою очередь, создает чрезмерную тягу и заставляет транспортное средство разгоняться, что приводит к дальнейшему увеличению давления турбонасоса и непреднамеренному увеличению подачи топлива. Это может создать замкнутый круг и привести к поломке конструкции автомобиля. [3]
Наиболее известное пого-колебание было в первой ступени Сатурна V , S-IC , во время полета Аполлона-6, вызванного крестообразной структурой тяги. [ необходима цитата ] Эта структура состояла из двух перпендикулярных двутавровых балок, с двигателем на конце каждой балки и центральным двигателем на пересечении балок. Центр крестовины не поддерживался, поэтому центральный двигатель F-1 заставлял конструкцию изгибаться вверх. Пого колебания возникали, когда эта конструкция отскакивала назад, удлиняя сильфон топливопровода центрального двигателя (который был установлен по центру крестовины), временно уменьшая поток топлива и, таким образом, уменьшая тягу. На другом конце колебания топливопровод был сжат, увеличивая расход топлива. Это вызвало синусоидальные колебания тяги на первом этапе подъема.
Опасность
Если не контролировать колебания, это может привести к сбоям. Один случай произошел в среднем двигателе J-2 второй ступени, S-II , лунной миссии Apollo 13 в 1970 году. В этом случае двигатель остановился до того, как колебания могли вызвать повреждение корабля. [1] Более поздние события в этой миссии (кислородный баллон взорвался двумя днями позже) затмили проблему пого. Pogo также был опыт в S-IC первого этапа беспилотного Apollo 6 испытательный полет в 1968 г. [4] Один из Советского Союза «s N1-L3 ракеты испытательных полетов пострадали Pogo колебания на первом этапе на 21 февраля 1969 Ракета-носитель достигла начального выключения двигателя, но взорвалась через 107 секунд после старта и распалась. [5] Есть и другие случаи во время беспилотных запусков в 1950-х и 1960-х годах, когда эффект пого вызвал катастрофические сбои при запуске, например, первый советский космический корабль на Луну Луна Е-1 № 1 и Луна Е-1 № 2 в сентябре. и октябрь 1958 г. [6] : 440–446.
Современные методы анализа вибраций могут учитывать колебания пого, чтобы гарантировать, что они находятся далеко от резонансных частот транспортного средства. Методы подавления включают демпфирующие механизмы или сильфоны в трубопроводах пороха. В главных двигателей Спейс Шаттл каждый имел заслонку в LOX линии, [3] , но не в водородной топливной магистрали.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ a b c Том Ирвин (октябрь 2008 г.). "Аполлон 13 Пого Колебание" (PDF-0.96 Мб) . Информационный бюллетень Vibrationdata . С. 2–6 . Проверено 18 июня 2009 года .
- ^ Роберт Стенгель. «Конструкция ракеты-носителя: конфигурации и конструкции» (PDF-3.0 Мб) . Принстонский университет . Проверено 18 июня 2009 года .
- ^ а б Фенвик, Джим (весна 1992 г.). «Пого» . Порог . Пратт и Уитни Рокетдайн. Архивировано 13 января 2009 года . Проверено 11 сентября 2009 года .CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
- ^ Кертис Э. Ларсен. «Опыт НАСА с Pogo в пилотируемых космических аппаратах» (PDF) . НАСА . Проверено 26 июня 2012 года .
- ^ "Die russische Mondrakete N-1 (Российская лунная ракета N-1)" . www.bernd-leitenberger.de (на немецком языке) . Проверено 17 июня 2014 года .
- ^ Борис Черток (2006). «Ракеты и люди, Том 2: Создание ракетной промышленности» (PDF) . НАСА . Проверено 18 февраля 2021 года .
Внешние ссылки
- Sci.space.shuttle группы новостей обсуждения pogo
- Технический документ НАСА по гибким линиям подачи топлива, включая глушители Pogo