Cohete en llamas. Delta-IV Heavy - Bola de fuego

La inspiración para escribir esta publicación sobre la tecnología de cohetes provino de temas interesantes sobre las "dificultades discretas de la tecnología de cohetes". Y si no me equivoco, entonces el tema de los "encendedores" no se consideró en los temas. Estoy escribiendo por primera vez, tal vez el tema es común, pero me pareció interesante.

El 11 de junio de 2016, el cohete pesado pesado Delta-IV se lanzó con éxito con la nave espacial Orion9 (como parte de la misión NROL-37). ¿Por qué es el lanzamiento de este cohete en particular? En primer lugar, porque una vez más se lanzó el cohete activo más poderoso, en segundo lugar, fue solo el noveno lanzamiento del Delta Heavy, en tercer lugar, los lanzamientos de Delta Heavy son muy hermosos y espectaculares (baja relación de empuje, escalada lenta a través de palos en llamas) hidrógeno).

Lanzador ILV Delta-IV Heavy NROL-37:



Aunque el lanzamiento puede considerarse ordinario, incluso una rutina ordinaria, destacaría los lanzamientos de este tipo de misil, que tienen su propio punto culminante, la llamada Bola de Fuego , la llama de vapor de hidrógeno inflamable a través del cual comienza el cohete. Aunque esto es lo más destacado para el observador, para los ingenieros es un problema que debe abordarse. Y cómo sucede esto está escrito a continuación.

El "problema" (o característica) de lanzar cohetes con el motor de hidrógeno RS-68 (el ciclograma puede ser diferente en otros tipos, y el efecto también es excelente al final) es el siguiente:

antes de arrancar el motor RS-68 (par oxígeno-hidrógeno), 5 segundos (T-5) hasta que el vehículo de lanzamiento se separe de la mesa, se suministra combustible (en este caso, hidrógeno) a la línea del motor. Esto es necesario para enfriar (con hidrógeno más frío en comparación con el oxígeno líquido) los elementos principales y del motor antes de arrancar (para excluir cambios bruscos de temperatura en tuberías, válvulas, etc.). Como resultado de este procedimiento, se forma una nube de vapores de hidrógeno alrededor del cohete, mezclándose gradualmente con aire, que puede quemarse o explotar.

Luego, después de 3 segundos, la válvula de suministro de oxígeno líquido se abre y el motor arranca. En este momento, la llama del motor enciende la mezcla explosiva resultante alrededor del cohete y todo comienza a arder. Algo como esto:



o como esto:



como resultado, el cohete tiene una apariencia de "carbón": por



supuesto, incluso los primeros lanzamientos del cohete no condujeron a fallas y el cohete, aunque quemado, salió con éxito de la línea de lanzamiento. Pero se veía espectacular, pero bastante peligroso y anormal (como máximo, existe el peligro de una explosión de volumen).

Naturalmente, este efecto fue claro incluso antes del primer lanzamiento. Además, los estadounidenses tienen suficiente experiencia con motores de hidrógeno (como parte del transbordador espacial con un motor RS-25). En base a esto, había al menos dos soluciones de ingeniería para reducir el efecto de quemar hidrógeno en la carcasa de un cohete.

En primer lugar , potente aislamiento térmico (áreas naranjas en los módulos de cohetes). Funciona tanto como un material aislante del oxidante y los tanques de combustible del calor atmosférico externo, así como también protege contra la quema de vapores de hidrógeno. En algunos lanzamientos, este aislamiento se quema parcialmente cuando el cohete está volando:



La segunda solución necesaria es la instalación de "encendedores".

Los llamados encendedores: encendedores radiales de disparo hacia el exterior (ROFI o "bengalas") están montados en la plataforma de lanzamiento. Otros similares estaban presentes en la plataforma de lanzamiento del transbordador espacial. Es cierto que estos encendedores no salvan de la vista de un cohete que se escapa del fuego: el hecho es que su objetivo principal es excluir la mezcla de vapores de hidrógeno con aire (o minimizar la concentración de estos vapores), es decir, evitar la formación de una mezcla explosiva. Afrontan esto: hasta ahora, todos los lanzamientos se han producido sin explosiones.
Pero aún así, el problema de la quema severa persistió y conllevó una amenaza potencial de aislamiento térmico y la carcasa de los tanques.

Podrían reducir el efecto del desgaste excesivo mediante una solución de ingeniería elegante y económica: arrancar motores de bloques de baja tensión en diferentes momentos.

Un diagrama de secuencia de lanzamiento simplificado es el siguiente: primero uno de los motores RS-68 arranca en el bloque " estribor " (uno de los lados), después de 2 segundos comienzan los motores en los bloques restantes: "puerto" (otro lado) y "núcleo"(central). El punto es este: el inicio temprano de uno de los motores conduce al hecho de que se reduce la emisión de hidrógeno en exceso a la atmósfera (además de tener tiempo para quemar los encendedores), mientras que el chorro de gas que sale del conducto de gas (canal de salida de gas) crea una corriente de aire de eyección que funciona como una aspiradora, aspirando al conducto todo lo que hay alrededor de la mesa y el cohete. Por lo tanto, con el arranque adicional de los 2 motores restantes, la emisión total de vapores de hidrógeno disminuye y la mayor parte es arrastrada por la corriente de aire que fluye alrededor del cohete y los elementos de la mesa y elimina el exceso de llamas en la chimenea.

Este enfoque permitió reducir el efecto de la bola de fuego a uno similar al lanzar el Delta-IV M con un motor de hidrógeno. De hecho, los últimos lanzamientos (Orion EFT-1 y ayer) tuvieron lugar en un modo "suave". Sin embargo, el lanzamiento del cohete resulta espectacular e inusual para los ojos del profano.

Inicie Delta-IV-H EFT-1 (el primero con arranque simultáneo de motores):



Para mayor claridad, se muestran las estadísticas fotográficas de los lanzamientos de Delta Heavy por Jason Davis. Vale la pena señalar que desde diferentes lados el cohete arde de diferentes maneras. Además, el canal de salida de gas en Cabo Cañaveral tiene un esquema de dos canales, en Vandenberg - 1 canal. Esta diferencia también puede afectar la naturaleza de la combustión (asimetría al aspirar aire ambiente).



Sin embargo, vale la pena recordar que Delta no solo tuvo ese problema. Este fue probablemente el primer problema que apareció en el R-7 ICBM ruso (el progenitor de la Unión actual), que también "sufrió" el efecto de quemar los humos (ahora queroseno y oxígeno) debido al largo proceso de arranque de los motores de la primera y segunda etapa (más de 10 segundos). Y los primeros lanzamientos de misiles de este tipo también pasaron por la llama y no agregaron nervios a los ingenieros. La solución se encontró en la expulsión del sistema de gas (aunque originalmente se suponía que era agua, pero esta es una historia diferente), que antes de arrancar los motores creaba una corriente de aire en el conducto de gas, arrastrando gases de combustión en dirección a la salida de gas.

Así es como se veía entonces: R-7 a través de la llama.



Aquí hay una publicación tan breve sobre algunas dificultades más de la tecnología de cohetes. Si me gustó el material, entonces tengo la idea de escribir más sobre algunos puntos interesantes que acompañan los lanzamientos de cohetes espaciales.

Gracias por su atencion

Fuentes:

1. www.americaspace.com/?p=21832
2. www.planetary.org/blogs/jason-davis/2014/20141126-ula-burning-questions.html
3. kollektsiya.ru/raketi/335-r -7-8k71-dvukhstupenchataya-mezhkontinentalnaya-ballisticheskaya-raketa.html

Source: https://habr.com/ru/post/es395305/