stringtranslate.com

Пого-колебания

Пого-колебания — это самовозбуждающиеся колебания в жидкостных ракетных двигателях, вызванные неустойчивостью горения . [1] Нестабильное сгорание приводит к изменениям тяги двигателя , вызывая изменения ускорения гибкой конструкции транспортного средства, что, в свою очередь, вызывает изменения давления и расхода топлива, замыкая цикл самовозбуждения. Название представляет собой метафору, сравнивающую продольную вибрацию с подпрыгиванием пого-палки . Пого-колебания создают нагрузку на раму автомобиля, что в тяжелых случаях может быть опасным. [1]

Источник

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

Пого возникает принципиально из-за колебаний тяги в двигателях. Это нормальные характеристики двигателей. У всех двигателей есть то, что вы могли бы назвать шумом, потому что сгорание не совсем равномерное, поэтому колебания тяги первой ступени являются нормальной характеристикой горения любого двигателя.

Теперь, в свою очередь, двигатель питается по трубе, которая забирает топливо из баков и подает его в двигатель. Длина этой трубы подобна органной трубе, поэтому у нее есть определенная собственная резонансная частота, и оказывается, что она будет колебаться точно так же, как органная труба.

Конструкция автомобиля во многом похожа на камертон, поэтому, если вы ударите по нему правильно, он будет колебаться вверх и вниз в продольном направлении. В грубом смысле именно взаимодействие между различными частотами заставляет автомобиль колебаться. [2]

Как правило, продольные колебания возникают, когда скачок давления в камере сгорания увеличивает противодавление топливу, поступающему в двигатель. Это уменьшает расход топлива и, следовательно, давление в камере. Пониженное давление в камере, в свою очередь, снижает противодавление в насосе, вызывая поступление большего количества топлива и повторение цикла. Таким образом, ракетный двигатель, испытывающий продольные колебания, концептуально работает как импульсно-реактивный или импульсно-детонационный двигатель . Если импульсный цикл совпадает с резонансной частотой ракеты, то из-за положительной обратной связи могут возникнуть опасные колебания , которые в крайних случаях могут разорвать транспортное средство на части. Другие ситуации, которые могут вызвать колебания давления топлива, включают изгиб топливных трубок. [3] [4]

Пого-колебания преследовали первую ступень Титана II во время ее разработки, что задержало оценку ракеты для участия в программе «Джемини» . Первая ступень Сатурна V ( S-IC ) испытала сильные продольные колебания во время полета Аполлона-6, что повредило указанные выше ступени S-II и S-IVB и, вероятно, привело бы к прерыванию полета , если бы в полете находился экипаж. Вторая ступень ( S-II ) имела менее интенсивные пого в других полетах. Колебания во время подъема Аполлона-13 привели к остановке центрального двигателя примерно на две минуты раньше, чем планировалось. Потеря тяги компенсировалась более длительными горениями второй и третьей ступеней.

Опасность

Если колебания оставить без контроля, это может привести к сбоям. Один случай произошел в среднем двигателе J-2 второй ступени S-II лунной миссии « Аполлон-13» в 1970 году. В этом случае двигатель выключался до того, как колебания могли привести к повреждению корабля. [1] Более поздние события в этой миссии (два дня спустя взорвался кислородный баллон) затмили проблему с пого. Пого также был испытан на первой ступени S-IC в испытательном полете беспилотного корабля « Аполлон-6» в 1968 году . 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 пого-эффект приводил к катастрофическим неудачам при запуске, например, первый советский космический корабль на Луну « Луна Е-1 № 1» и «Луна Е-1 № 2» в сентябре. и октябрь 1958 г. [7] : 440–446. 

Современные методы анализа вибрации могут учитывать продольные колебания, чтобы гарантировать, что они находятся далеко от резонансных частот транспортного средства. Методы подавления включают демпфирующие механизмы или сильфоны в пороховых магистралях. Каждый из главных двигателей космического корабля «Шаттл» имел демпфер в линии LOX [4] , но не в линии водородного топлива.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abc Том Ирвин (октябрь 2008 г.). «Аполлон-13 Пого-колебание» (PDF-0,96 Мб) . Информационный бюллетень Vibrationdata . стр. 2–6 . Проверено 18 июня 2009 г.
  2. ^ Бенсон, Чарльз Д.; Фаэрти, Уильям Барнаби (1978). «Два двигателя выключены, но все еще работают». Мунпорт: История стартовых комплексов и операций Аполлона. НАСА. НАСА SP-4204. Архивировано из оригинала 23 января 2008 года . Проверено 27 сентября 2021 г.Ч. 20-3.
  3. ^ Роберт Стенгель. «Проектирование ракет-носителей: конфигурации и конструкции» (PDF-3,0 Мб) . Университет Принстон . Проверено 18 июня 2009 г.
  4. ^ аб Фенвик, Джим (весна 1992 г.). «Пого». Порог . Пратт и Уитни Рокетдайн. Архивировано из оригинала 13 января 2009 года . Проверено 11 сентября 2009 г.{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  5. ^ Кертис Э. Ларсен. «Опыт НАСА с использованием Pogo в пилотируемых космических кораблях» (PDF) . НАСА . Проверено 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) . НАСА . Проверено 18 февраля 2021 г.

Внешние ссылки