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 топлива и скорости потока, 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 Аполлона-6 на слушаниях в Конгрессе пого-колебания :

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 опасные колебания могут возникнуть из-за положительной обратной связи , 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 участвовал в в 1968 году на S-IC первом этапе беспилотного испытательного полета Аполлона-6 . ^{[ 5 ]} 21 февраля 1969 года в одном из испытательных полетов советской ракеты Н1-Л3 на первой ступени произошли продольные колебания. 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 октябре 1958 года. . ^{[ 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. имел Каждый главный двигатель космического корабля «Шаттл» демпфер в линии LOX . ^{[ 4 ]} но не в водородном топливопроводе.

См. также

Слэш динамика

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с Том Ирвин (октябрь 2008 г.). «Аполлон-13 Пого-колебание» (PDF-0,96 Мб) . Информационный бюллетень Vibrationdata . стр. 2–6 . Проверено 18 июня 2009 г.
^ 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.
^ Роберт Стенгель. «Проектирование ракет-носителей: конфигурации и конструкции» (PDF-3,0 Мб) . Принстонский университет . Проверено 18 июня 2009 г.
^ Jump up to: ^а ^б 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 )
^ Кертис Э. Ларсен. «Опыт НАСА с использованием Pogo в пилотируемых космических кораблях» (PDF) . НАСА . Проверено 26 июня 2012 г.
^ «Die russische Mondrakete N-1 (Русская лунная ракета Н-1)» . www.bernd-leitenberger.de (на немецком языке) . Проверено 17 июня 2014 г.
^ Борис Черток (2006). «Ракеты и люди, Том 2: Создание ракетной промышленности» (PDF) . НАСА . Проверено 18 февраля 2021 г.

Внешние ссылки

[Vibrationdata-1] Jump up to: ^а ^б ^с Том Ирвин (октябрь 2008 г.). «Аполлон-13 Пого-колебание» (PDF-0,96 Мб) . Информационный бюллетень Vibrationdata . стр. 2–6 . Проверено 18 июня 2009 г.

[moonport_6a-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.

[prince-lvdesign-3] Роберт Стенгель. «Проектирование ракет-носителей: конфигурации и конструкции» (PDF-3,0 Мб) . Принстонский университет . Проверено 18 июня 2009 г.

[threshold-pogo-4] Jump up to: ^а ^б 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 )

[nasa-pogo-hsv-5] Кертис Э. Ларсен. «Опыт НАСА с использованием Pogo в пилотируемых космических кораблях» (PDF) . НАСА . Проверено 26 июня 2012 г.

[German-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.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]