stringtranslate.com

Пого-осцилляция

Pogo-осцилляция — это самовозбуждающаяся вибрация в жидкостных ракетных двигателях, вызванная нестабильностью горения . [1] Нестабильное горение приводит к изменениям тяги двигателя , вызывая изменения ускорения на гибкой конструкции транспортного средства, которые, в свою очередь, вызывают изменения давления и расхода топлива, замыкая цикл самовозбуждения. Название — метафора, сравнивающая продольную вибрацию с подпрыгиванием пого-стика . Pogo-осцилляция создает напряжение на раме транспортного средства, что в тяжелых случаях может быть опасным. [1]

Источник

Заместитель администратора НАСА по пилотируемым космическим полетам Джордж Мюллер объяснил колебания «пого» Аполлона-6 на слушаниях в Конгрессе:

Pogo возникает в основном из-за колебаний тяги в двигателях. Это нормальные характеристики двигателей. Все двигатели имеют то, что можно назвать шумом на выходе, потому что сгорание не совсем равномерное, поэтому у вас есть эти колебания тяги первой ступени как нормальная характеристика всех двигателей.

Теперь, в свою очередь, двигатель питается через трубу, которая забирает топливо из баков и подает его в двигатель. Длина этой трубы примерно как органная труба, поэтому у нее есть своя собственная резонансная частота, и на самом деле оказывается, что она будет колебаться так же, как органная труба.

Структура транспортного средства во многом похожа на камертон, поэтому, если вы ударите по нему правильно, он будет колебаться вверх и вниз в продольном направлении. В грубом смысле, это взаимодействие между различными частотами заставляет транспортное средство колебаться. [2]

В общем, колебания пого возникают, когда скачок давления в камере сгорания увеличивает противодавление против топлива, поступающего в двигатель. Это уменьшает поток топлива и, следовательно, давление в камере. Уменьшенное давление в камере, в свою очередь, уменьшает противодавление в насосе, заставляя поступать больше топлива и повторять цикл. Таким образом, ракетный двигатель, испытывающий колебания пого, концептуально работает как пульсирующий реактивный двигатель или импульсный детонационный двигатель . Если импульсный цикл совпадает с резонансной частотой ракеты, то опасные колебания могут возникнуть через положительную обратную связь , которая в экстремальных случаях может разорвать транспортное средство на части. Другие ситуации, которые могут вызвать колебания давления топлива, включают изгиб топливных труб. [3] [4]

Колебания Pogo мешали первой ступени Titan II во время ее разработки, что задержало оценку ракеты человеком для программы Gemini . Первая ступень Saturn V ( S-IC ) испытала серьезные колебания Pogo во время полета Apollo 6, которые повредили ступени S-II и S-IVB выше и, вероятно, вызвали бы отмену полета , если бы полет был с экипажем. Вторая ступень ( S-II ) испытывала менее интенсивные колебания Pogo во время других полетов. Колебания во время подъема Apollo 13 привели к тому, что центральный двигатель выключился примерно на две минуты раньше запланированного. Потеря тяги была компенсирована более длительным горением второй и третьей ступеней.

Опасность

Если колебания не контролировать, могут возникнуть сбои. Один случай произошел в среднем двигателе J-2 второй ступени, S-II , лунной миссии Apollo 13 в 1970 году. В этом случае двигатель выключился до того, как колебания могли повредить транспортное средство. [1] Более поздние события в этой миссии (через два дня взорвался кислородный баллон) затмили проблему pogo. Pogo также наблюдалось в первой ступени S-IC беспилотного испытательного полета Apollo 6 в 1968 году. [5] Один из испытательных полетов ракеты Советского Союза N1 -L3 пострадал от колебаний pogo на первой ступени 21 февраля 1969 года. Ракета-носитель достигла первоначального отключения двигателя, но взорвалась через 107 секунд после старта и распалась. [6] Были и другие случаи во время беспилотных запусков в 1950-х и 1960-х годах, когда эффект пого вызывал катастрофические неудачи при запуске, например, при запуске первого советского космического корабля на Луну «Луна Е-1 № 1» и « Луна Е-1 № 2» в сентябре и октябре 1958 года. [7] : 440–446 

Современные методы анализа вибрации могут учитывать колебания pogo, чтобы гарантировать, что они находятся далеко от резонансных частот транспортного средства. Методы подавления включают демпфирующие механизмы или сильфоны в топливных магистралях. Каждый из главных двигателей Space Shuttle имел демпфер в магистрали LOX , [4] но не в топливной магистрали водорода .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Том Ирвин (октябрь 2008 г.). "Apollo 13 Pogo Oscillation" (PDF-0,96 Мб) . Vibrationdata Newsletter . стр. 2–6 . Получено 18 июня 2009 г. .
  2. ^ Бенсон, Чарльз Д.; Фаэрти, Уильям Барнаби (1978). «Два двигателя вышли из строя, но все еще работают». Moonport: История пусковых установок и операций Apollo. NASA. NASA SP-4204. Архивировано из оригинала 23 января 2008 г. Получено 27 сентября 2021 г.Гл. 20-3.
  3. ^ Роберт Стенгель. "Launch Vehicle Design: Configurations and Structures" (PDF-3.0 Mb) . Принстонский университет . Получено 18 июня 2009 г.
  4. ^ ab Fenwick, Jim (весна 1992 г.). "Pogo". Threshold . Pratt & Whitney Rocketdyne. Архивировано из оригинала 13 января 2009 г. Получено 11 сентября 2009 г.{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  5. ^ Кертис Э. Ларсен. "Опыт НАСА с Pogo в пилотируемых космических аппаратах" (PDF) . НАСА . Получено 26 июня 2012 г. .
  6. ^ "Die russische Mondrakete N-1 (Русская лунная ракета Н-1)" . www.bernd-leitenberger.de (на немецком языке) . Проверено 17 июня 2014 г.
  7. ^ Борис Черток (2006). «Ракеты и люди, том 2: Создание ракетной промышленности» (PDF) . NASA . Получено 18 февраля 2021 г. .

Внешние ссылки