Fusée en feu. Delta-IV Heavy - Boule de feu

L'inspiration pour écrire ce billet sur la technologie des fusées est venue de sujets intéressants sur les «difficultés discrètes de la technologie des fusées». Et si je ne me trompe pas, la question des «briquets» n'a pas été abordée dans les sujets. J'écris pour la première fois, peut-être que le sujet est banal, mais il m'a paru intéressant.

Le 11 juin 2016, la fusée lourde Delta-IV Heavy a été lancée avec succès avec le vaisseau spatial Orion9 (dans le cadre de la mission NROL-37). Pourquoi le lancement de cette fusée particulière? Premièrement, parce qu'une fois de plus la fusée active la plus puissante a été lancée, deuxièmement, ce n'était que le 9ème lancement du Delta Heavy, troisièmement, les lancements Delta Heavy sont très beaux et spectaculaires (faible rapport de poussée, montée lente à travers des clubs en feu) hydrogène).

Lanceur ILV Delta-IV Heavy NROL-37:



Bien que le lancement puisse être considéré comme ordinaire, voire une routine ordinaire, je soulignerais les lancements de ce type de missile, qui ont leur propre point fort - la soi-disant boule de feu - la flamme de vapeur d'hydrogène inflammable à travers laquelle la fusée démarre. Bien que ce soit un moment fort pour l'observateur, pour les ingénieurs, c'est un problème qui doit être résolu. Et comment cela se produit est écrit ci-dessous.

Le «problème» (ou caractéristique) du lancement de fusées avec le moteur à hydrogène RS-68 (le cyclogramme peut être différent sur d'autres types et l'effet est également excellent à la fin) est le suivant:

Avant de démarrer le moteur RS-68 (paire oxygène-hydrogène), 5 secondes (T-5) jusqu'à ce que le lanceur soit arraché de la table, le carburant (dans ce cas, l'hydrogène) est fourni à la ligne de moteur. Cela est nécessaire pour refroidir (avec de l'hydrogène plus froid par rapport à l'oxygène liquide) les éléments du réseau et du moteur avant de démarrer (pour exclure les changements brusques de température dans les canalisations, les vannes, etc.). À la suite de cette procédure, un nuage de vapeurs d'hydrogène se forme autour de la fusée, se mélangeant progressivement à l'air, qui peut brûler ou exploser.

Puis, après 3 secondes, la soupape d'alimentation en oxygène liquide s'ouvre et le moteur démarre. À ce moment, la flamme du moteur enflamme le mélange explosif résultant autour de la fusée et tout commence à s'enflammer. Quelque chose comme ça:



Ou comme ça:



En conséquence, la fusée a une telle apparence de "charbon":



Bien sûr, même les premiers lancements de la fusée n'ont pas conduit à des échecs et la fusée, bien que brûlée, a réussi à quitter la ligne de lancement. Mais cela avait l'air spectaculaire, mais plutôt dangereux et anormal (au maximum, il y a un risque d'explosion de volume).

Naturellement, cet effet était clair avant même le premier lancement. De plus, les Américains ont suffisamment d'expérience avec les moteurs à hydrogène (dans le cadre de la navette spatiale avec un moteur RS-25). Sur cette base, il y avait au moins deux solutions d'ingénierie pour réduire l'effet de la combustion de l'hydrogène sur la coque d'une fusée.

Tout d'abord , une isolation thermique puissante (zones oranges sur les modules fusée). Il fonctionne à la fois comme matériau isolant de comburant et de réservoirs de carburant contre la chaleur atmosphérique extérieure, ainsi que comme protection contre la combustion des vapeurs d'hydrogène. Dans certains lancements, cette isolation brûle partiellement lorsque la fusée vole:



La deuxième solution nécessaire est l'installation de «briquets».

Les soi-disant briquets - allumeurs à allumage radial (ROFI, ou «sparklers») sont montés sur la rampe de lancement. Des similaires étaient présents sur la plate-forme de lancement de la navette spatiale. Certes, ces briquets ne sauvent pas le spectacle d'une fusée qui s'échappe du feu: le fait est que leur objectif principal est d'éliminer le mélange des vapeurs d'hydrogène avec l'air (ou de minimiser la concentration de ces vapeurs), c'est-à-dire d'empêcher la formation d'un mélange explosif. Ils y font face - jusqu'à présent, tous les lancements ont eu lieu sans explosions.
Mais encore, le problème de brûlures graves restait et portait une menace potentielle d'isolation thermique et la coque des réservoirs.

Ils pourraient réduire l'effet d'un épuisement excessif grâce à une solution d'ingénierie élégante et peu coûteuse: démarrer les moteurs de blocs BT à différents moments.

Un diagramme de séquence de lancement simplifié est le suivant: le premier des moteurs RS-68 démarre sur le bloc " tribord " (un des côtés), après 2 secondes, les moteurs des blocs restants démarrent: "bâbord" (un autre côté) et "noyau"(central). Le point est le suivant: le démarrage précoce de l'un des moteurs conduit au fait que l'émission d'hydrogène en excès dans l'atmosphère est réduite (en plus d'avoir le temps de brûler les briquets), tandis que le jet de gaz sortant du conduit de gaz (canal de sortie de gaz) crée un flux d'air d'éjection qui fonctionne comme un aspirateur, aspirant dans la cheminée tout ce qui se trouve autour de la table et de la fusée. Par conséquent, avec le nouveau démarrage des 2 moteurs restants, l'émission totale de vapeurs d'hydrogène diminue et la majeure partie est emportée par le flux d'air qui circule autour de la fusée et des éléments de la table et élimine l'excès de flamme dans le conduit de fumée.

Cette approche a permis de réduire l'effet de la boule de feu à un effet similaire lors du lancement du Delta-IV M avec un moteur à hydrogène. En effet, les derniers lancements (Orion EFT-1 et hier) se sont déroulés en mode "doux". Néanmoins, le lancement de la fusée s'avère spectaculaire et inhabituel pour les yeux du profane.

Démarrez Delta-IV-H EFT-1 (le premier avec démarrage simultané des moteurs):



Pour plus de clarté, les statistiques photographiques des lancements Delta Heavy par Jason Davis sont affichées. Il convient de noter que, de différents côtés, la fusée brûle de différentes manières. En outre, le canal de sortie de gaz à Cap Canaveral a un schéma à deux canaux, à Vandenberg - 1 canal. Cette différence peut également affecter la nature de la combustion (asymétrie lors de l'aspiration de l'air ambiant).



Il convient toutefois de rappeler que non seulement Delta a eu un tel problème. Il s'agit probablement du premier problème apparu dans le R-7 ICBM russe (l'ancêtre de l'Union actuelle), qui a également "souffert" de l'effet de la combustion des fumées (désormais kérosène et oxygène) en raison du long processus de démarrage des moteurs des premier et deuxième étages (plus de 10 secondes). Et les premiers lancements de missiles de ce type ont également traversé la flamme et n'ont pas alourdi les ingénieurs. La solution a été trouvée dans un système à gaz (bien qu'il était à l'origine censé être de l'eau, mais c'est une autre histoire), l'éjection qui, avant de démarrer les moteurs, a créé un flux d'air dans le conduit de gaz, entraînant des fumées de carburant en direction de la sortie de gaz.

Voici à quoi cela ressemblait alors: R-7 à travers la flamme.



Voici un court article sur quelques difficultés supplémentaires de la technologie des fusées. Si j'ai aimé le matériel, j'ai une idée d'écrire plus sur certains points intéressants qui accompagnent les lancements de fusées spatiales.

Merci de votre attention.

Sources:

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/fr395305/