Oscylacja Pogo - Pogo oscillation
Oscylacja Pogo to drgania samowzbudne w silnikach rakietowych na paliwo ciekłe spowodowane niestabilnością spalania . Niestabilne spalanie powoduje zmiany ciągu silnika , powodując zmiany przyspieszenia na elastycznej konstrukcji pojazdu, co z kolei powoduje zmiany ciśnienia paliwa i natężenia przepływu, zamykając cykl samowzbudzenia. Nazwa jest metaforą porównującą wibracje podłużne do odbijania się drążka pogo . Oscylacja Pogo obciąża ramę pojazdu, co w ciężkich przypadkach może być niebezpieczne.
Pochodzenie
Ogólnie rzecz biorąc, oscylacja pogo występuje, gdy gwałtowny wzrost ciśnienia w silniku zwiększa ciśnienie wsteczne w stosunku do paliwa wpływającego do silnika, zmniejszając ciśnienie w silniku, powodując dopływ większej ilości paliwa i ponownie zwiększając ciśnienie w silniku. Gięcie rur paliwowych może również wywoływać wahania ciśnienia paliwa. Jeśli cykl zdarzy się dopasować częstotliwość rezonansową rakiety, mogą wystąpić niebezpieczne oscylacje w wyniku dodatniego sprzężenia zwrotnego , które w skrajnych przypadkach może rozerwać pojazd na strzępy.
Inną sytuacją, w której wystąpią oscylacje pogo, jest sytuacja, w której silnik porusza się wzdłużnie ze zmienną prędkością. Ze względu na bezwładność , jeśli prędkość pojazdu nagle wzrośnie, paliwo w zbiorniku paliwa ma tendencję do „opadania” i jest wtłaczane do turbopompy , co jest sytuacją podobną do wycieku płynu wewnątrz cysterny. Powoduje to nadciśnienie w turbopompie i niezamierzone dostarczanie nadmiernej ilości paliwa. To z kolei powoduje nadmierny ciąg i powoduje przyspieszenie pojazdu, co prowadzi do dalszego wzrostu ciśnienia turbopompy i niezamierzonego wzrostu dawki paliwa. Może to spowodować błędne koło i doprowadzić do usterki strukturalnej pojazdu.
Najsłynniejsza oscylacja pogo wystąpiła w pierwszym stopniu Saturna V , S-IC , podczas lotu Apollo 6, spowodowana strukturą ciągu w kształcie krzyża. Ta konstrukcja składała się z dwóch prostopadłych belek dwuteowych, z silnikiem na końcu każdej belki i silnikiem centralnym na przecięciu belek. Środek krzyża nie był podparty, więc centralny silnik F-1 powodował wyginanie konstrukcji do góry. Oscylacja pogo pojawiła się, gdy ta konstrukcja odskoczyła, wydłużając mieszki przewodów paliwowych środkowego silnika (który był zamontowany na środku krzyża), tymczasowo zmniejszając przepływ paliwa, a tym samym zmniejszając ciąg. Na drugim końcu oscylacji przewód paliwowy został ściśnięty, zwiększając przepływ paliwa. Spowodowało to sinusoidalne oscylacje ciągu podczas wynurzania pierwszego stopnia.
Zaryzykować
Jeśli oscylacja pozostanie niezaznaczona, mogą wystąpić awarie. Jeden przypadek miał miejsce w środkowym silniku J-2 drugiego etapu, S-II , misji księżycowej Apollo 13 w 1970 roku. W tym przypadku silnik wyłączył się, zanim oscylacje mogły spowodować uszkodzenie pojazdu. Późniejsze wydarzenia w tej misji (butla z tlenem eksplodowała dwa dni później) przyćmiły problem pogo. Pogo również został doświadczony w S-IC pierwszym etapie bezzałogowego Apollo 6 testowego lotu w 1968. Jeden z ZSRR „s N1-L3 rakiet testowych lotów poniosły oscylacje pogo w pierwszym etapie w dniu 21 lutego 1969 roku uruchomienie pojazd osiągnął początkowe wyłączenie silnika, ale eksplodował 107 sekund po starcie i rozpadł się. Istnieją inne przypadki podczas bezzałogowych startów w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych XX wieku, w których efekt pogo spowodował katastrofalne awarie podczas startu, takie jak pierwszy radziecki statek kosmiczny na Księżyc Luna E-1 nr 1 i Luna E-1 nr 2 we wrześniu i październiku 1958 r. .
Nowoczesne metody analizy drgań mogą uwzględniać oscylacje pogo, aby zapewnić, że są one daleko od częstotliwości rezonansowych pojazdu. Metody tłumienia obejmują mechanizmy tłumiące lub mieszki w przewodach pędnych. The Space Shuttle główne silniki każdy miał przepustnicę w LOX linii, ale nie w wodór przewodzie paliwowym.