Roket terbakar. Delta-IV Heavy - Bola Api

Inspirasi untuk menulis posting ini tentang teknologi roket berasal dari topik menarik tentang "kesulitan teknologi roket yang tidak mencolok." Dan jika saya tidak salah, maka masalah "pemantik" tidak dipertimbangkan dalam topik. Saya menulis untuk pertama kalinya, mungkin topiknya biasa, tapi sepertinya menarik bagi saya.

Pada 11 Juni 2016, roket berat Delta-IV diluncurkan dengan sukses dengan pesawat ruang angkasa Orion9 (sebagai bagian dari misi NROL-37). Mengapa peluncuran roket khusus ini? Pertama, karena sekali lagi roket aktif paling kuat diluncurkan, kedua, itu hanya peluncuran ke-9 Delta Heavy, ketiga, peluncuran Delta Heavy sangat indah dan spektakuler (rasio dorong rendah, pendakian lambat melalui klub yang terbakar hidrogen).

Peluncur ILV Delta-IV Heavy NROL-37:



Walaupun peluncuran itu bisa dianggap biasa, bahkan rutinitas biasa, saya akan memilih peluncuran jenis rudal ini, yang memiliki sorotan sendiri - disebut Fireball - nyala uap hidrogen yang mudah terbakar yang melaluinya roket dimulai. Meskipun ini merupakan puncak bagi pengamat, bagi para insinyur itu adalah masalah yang perlu ditangani. Dan bagaimana ini terjadi ditulis di bawah ini.

"Masalah" (atau fitur) peluncuran roket dengan mesin hidrogen RS-68 (cyclogram mungkin berbeda pada jenis lain, dan efeknya juga sangat baik pada akhirnya) adalah sebagai berikut:

Sebelum memulai mesin RS-68 (pasangan oksigen-hidrogen), 5 detik (T-5) sampai kendaraan peluncuran robek dari meja, bahan bakar (dalam hal ini, hidrogen) dipasok ke jalur mesin. Hal ini diperlukan untuk pendinginan (dengan hidrogen yang lebih dingin dibandingkan dengan oksigen cair) sumber listrik dan elemen mesin sebelum memulai (untuk mengecualikan perubahan suhu yang tiba-tiba pada pipa, katup, dll.). Sebagai hasil dari prosedur ini, awan uap hidrogen terbentuk di sekitar roket, secara bertahap bercampur dengan udara, yang dapat terbakar atau meledak.

Kemudian, setelah 3 detik, katup pasokan oksigen cair terbuka dan mesin hidup. Pada saat ini, nyala mesin menyalakan campuran bahan peledak yang dihasilkan di sekitar roket dan semuanya mulai berkobar. Sesuatu seperti ini:



Atau seperti ini:



Akibatnya, roket memiliki penampilan "batu bara":



Tentu saja, bahkan peluncuran roket pertama tidak menyebabkan kegagalan dan roket, meskipun terbakar, berhasil meninggalkan garis peluncuran. Tapi itu terlihat spektakuler, tetapi agak berbahaya dan abnormal (maksimal, ada bahaya ledakan volume).

Secara alami, efek ini jelas bahkan sebelum peluncuran pertama. Selain itu, orang Amerika memiliki pengalaman yang cukup dengan mesin hidrogen (sebagai bagian dari Space Shuttle dengan mesin RS-25). Berdasarkan ini, setidaknya ada dua solusi teknik untuk mengurangi efek pembakaran hidrogen pada cangkang roket.

Pertama , isolasi termal yang kuat (area oranye pada modul roket). Ia bekerja baik sebagai bahan isolasi oksidator dan tangki bahan bakar dari panas atmosfer eksternal, serta perlindungan dari pembakaran uap hidrogen. Dalam beberapa peluncuran, isolasi ini sebagian terbakar ketika roket terbang:



Solusi kedua yang diperlukan adalah pemasangan "pemantik".

Yang disebut pemantik api - Radial Outward Firing Igniters (ROFIs, atau "sparklers") dipasang pada landasan peluncuran. Yang serupa hadir di platform peluncuran Space Shuttle. Benar, korek api ini tidak menyelamatkan dari pandangan roket yang keluar dari api: faktanya adalah tujuan utamanya adalah untuk mengecualikan pencampuran uap hidrogen dengan udara (atau untuk meminimalkan konsentrasi uap-uap ini), yaitu, untuk mencegah pembentukan campuran bahan peledak. Mereka mengatasinya - sejauh ini semua peluncuran telah terjadi tanpa ledakan.
Tapi tetap saja, masalah pembakaran parah tetap ada dan membawa potensi ancaman isolasi termal dan cangkang tank.

Mereka dapat mengurangi efek burn-out yang berlebihan dengan solusi teknik yang elegan dan murah: menghidupkan mesin blok LV pada waktu yang berbeda.

Diagram urutan peluncuran yang disederhanakan adalah sebagai berikut: pertama dari mesin RS-68 dimulai pada blok " kanan " (salah satu sisi), setelah 2 detik mesin pada blok tersisa mulai: "port" (sisi lain) dan "inti"(tengah). Intinya adalah ini: permulaan awal dari salah satu mesin mengarah pada fakta bahwa emisi kelebihan hidrogen ke atmosfer berkurang (selain memiliki waktu untuk membakar korek api), sementara jet gas meninggalkan saluran gas (saluran outlet gas) menciptakan aliran udara ejeksi yang bekerja seperti penyedot debu, menyedot segala benda yang ada di sekitar meja dan roket. Oleh karena itu, dengan dimulainya lebih lanjut dari 2 mesin yang tersisa, total emisi uap hidrogen berkurang dan sebagian besar terbawa oleh aliran udara yang mengalir di sekitar roket dan elemen-elemen tabel dan menghilangkan api berlebih ke dalam cerobong asap.

Pendekatan ini memungkinkan untuk mengurangi efek bola api menjadi serupa ketika meluncurkan Delta-IV M dengan satu mesin hidrogen. Memang, peluncuran terbaru (Orion EFT-1 dan kemarin) berlangsung dalam mode "lembut". Meski demikian, peluncuran roket itu ternyata spektakuler dan tidak biasa bagi mata orang awam.

Mulai Delta-IV-H EFT-1 (yang pertama dengan start engine simultan):



Untuk kejelasan, statistik foto peluncuran Delta Heavy oleh Jason Davis ditampilkan. Perlu dicatat bahwa dari sisi yang berbeda roket terbakar dengan cara yang berbeda. Juga, saluran outlet gas di Cape Canaveral memiliki skema dua saluran, di Vandenberg - 1 saluran. Perbedaan ini juga dapat mempengaruhi sifat pembakaran (asimetri saat menghirup udara ambien).



Perlu diingat, bahwa bukan hanya Delta yang memiliki masalah seperti itu. Ini mungkin adalah masalah pertama yang muncul di ICBM R-7 Rusia (leluhur dari Serikat saat ini), yang juga "menderita" dari efek membakar asap (sekarang minyak tanah dan oksigen) karena proses panjang memulai mesin dari tahap pertama dan kedua (lebih dari 10 detik). Dan peluncuran pertama rudal jenis ini juga melewati nyala api dan tidak menambah ketegangan pada para insinyur. Solusinya ditemukan dalam sistem gas (meskipun pada awalnya seharusnya air, tapi ini adalah cerita yang berbeda) ejeksi, yang sebelum memulai mesin menciptakan aliran udara di saluran gas, menghembuskan asap dari bahan bakar yang terbakar ke arah outlet gas.

Begini tampilannya: R-7 menembus nyala api.



Berikut ini adalah posting singkat tentang beberapa kesulitan teknologi roket. Jika saya menyukai bahannya, maka saya memiliki ide untuk menulis lebih banyak tentang beberapa poin menarik yang menyertai peluncuran roket ruang angkasa.

Terima kasih atas perhatian anda

Sumber:

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/id395305/