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 da como resultado 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]
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 a un aumento involuntario 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 apoyo, por lo que el F-1 centralEl motor hizo que la estructura se doblara hacia arriba. La oscilación de 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.
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 apagó 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 tenido experiencia en la primera etapa S-IC del vuelo de prueba no tripulado del Apolo 6 en 1968. [4] Uno de los cohetes N1-L3 de la Unión Soviética .Los vuelos de prueba sufrieron oscilaciones de pogo en la primera etapa el 21 de febrero de 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 las líneas de propulsión. 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 .