La oscilación de Pogo es una vibración autoexcitada en los motores de cohetes de propulsión líquida causada por la inestabilidad de la combustión . [1] La combustión inestable produce variaciones del empuje del motor , provocando variaciones de aceleración en la estructura flexible del vehículo, que a su vez provocan variaciones en la presión y el caudal del propulsor, cerrando el ciclo de autoexcitación. El nombre es una metáfora que compara la vibración longitudinal con el rebote de un saltador . La oscilación de Pogo ejerce presión sobre el bastidor del vehículo, lo que en casos graves puede ser peligroso. [1]
Origen
En general, la oscilación de pogo ocurre cuando un aumento en la presión del motor aumenta la contrapresión contra el combustible que ingresa al motor, lo que reduce la presión del motor, hace que ingrese más combustible y aumente nuevamente la presión del motor. La flexión de las tuberías de combustible también puede provocar fluctuaciones en la presión del combustible. [2] Si el ciclo coincide con una frecuencia de resonancia del cohete, pueden producirse oscilaciones peligrosas a través de la retroalimentación positiva , que pueden, en casos extremos, destrozar el vehículo.
Otra situación en la que se producirá la oscilación pogo es cuando el motor se mueve longitudinalmente con velocidad fluctuante. Debido a la inercia , si la velocidad del vehículo aumenta repentinamente, el combustible dentro del tanque de combustible tiende a "quedarse atrás" y es forzado hacia la turbobomba , una situación algo similar al chapoteo de líquido dentro de un camión cisterna. Esto crea un exceso de presión en la turbobomba y provoca que se suministre un exceso de combustible no intencionado. Esto, a su vez, crea un empuje excesivo y hace que el vehículo se acelere, lo que conduce a un aumento adicional de la presión de la turbobomba y un aumento no intencionado del suministro de combustible. Esto puede crear un círculo vicioso y puede resultar en fallas estructurales en el vehículo. [3]
La oscilación de pogo más famosa fue en la primera etapa de Saturno V , S-IC , en el vuelo del Apolo 6 causada por la estructura de empuje cruciforme. [ cita requerida ] Esta estructura constaba de dos vigas en I perpendiculares, con un motor en el extremo de cada viga y el motor central en la intersección de las vigas. El centro del cruciforme no tenía soporte, por lo que el motor central F-1 hizo que la estructura se doblara hacia arriba. La oscilación del pogo ocurrió cuando esta estructura saltó hacia atrás, alargando los fuelles de la línea de combustible del motor central (que estaba montado en el centro del cruciforme), reduciendo temporalmente el flujo de combustible y reduciendo así el empuje. En el otro extremo de la oscilación, la línea de combustible se comprimió, aumentando el flujo de combustible. Esto provocó una oscilación de empuje sinusoidal durante la primera etapa de ascenso.
Peligro
Si la oscilación no se controla, pueden producirse fallas. Un caso ocurrió en el motor J-2 central de la segunda etapa, S-II , de la misión lunar Apolo 13 en 1970. En este caso, el motor se paró antes de que las oscilaciones pudieran causar daños al vehículo. [1] Eventos posteriores en esta misión (un tanque de oxígeno explotó dos días después) eclipsaron el problema del pogo. Pogo también había sido experimentado en el S-IC primera etapa de la tripulados Apolo 6 vuelo de prueba en 1968. [4] Uno de los de la Unión Soviética 's cohete N1-L3 vuelos de prueba sufrido efecto pogo en la primera etapa el 21 de febrero 1969 El vehículo de lanzamiento alcanzó el corte inicial del motor, pero explotó 107 segundos después del despegue y se desintegró. [5] Hay otros casos durante los lanzamientos no tripulados en las décadas de 1950 y 1960 en los que el efecto pogo causó fallas catastróficas de lanzamiento, como la primera nave espacial soviética a la luna Luna E-1 No.1 y Luna E-1 No.2 en septiembre. y octubre de 1958. [6] : 440–446
Los métodos modernos de análisis de vibraciones pueden tener en cuenta la oscilación del pogo para garantizar que esté lejos de las frecuencias de resonancia del vehículo. Los métodos de supresión incluyen mecanismos de amortiguación o fuelles en líneas propulsoras. Los motores principales del Transbordador Espacial tenían cada uno un amortiguador en la línea LOX , [3] pero no en la línea de combustible de hidrógeno .
Ver también
Referencias
- ↑ a b c Tom Irvine (octubre de 2008). "Oscilación de Apolo 13 Pogo" (PDF-0.96 Mb) . Boletín Vibrationdata . págs. 2–6 . Consultado el 18 de junio de 2009 .
- ^ Robert Stengel. "Diseño de vehículos de lanzamiento: configuraciones y estructuras" (PDF-3.0 Mb) . Universidad de Princeton . Consultado el 18 de junio de 2009 .
- ^ a b Fenwick, Jim (primavera de 1992). "Pogo" . Umbral . Pratt y Whitney Rocketdyne. Archivado desde el original el 13 de enero de 2009 . Consultado el 11 de septiembre de 2009 .CS1 maint: URL no apta ( enlace )
- ^ Curtis E. Larsen. "Experiencia de la NASA con Pogo en vehículos de vuelo espacial humano" (PDF) . NASA . Consultado el 26 de junio de 2012 .
- ^ "Die russische Mondrakete N-1 (El cohete lunar ruso N-1)" . www.bernd-leitenberger.de (en alemán) . Consultado el 17 de junio de 2014 .
- ^ Boris Chertok (2006). "Cohetes y personas, volumen 2: creación de una industria de cohetes" (PDF) . NASA . Consultado el 18 de febrero de 2021 .
enlaces externos
- Sci.space.shuttle discusiones de grupos de noticias de pogo
- Documento técnico de la NASA sobre líneas de propulsantes flexibles que incluyen supresores de pogo