火箭着火了。Delta-IV重型-火球

撰写有关火箭技术的文章的灵感来自有关“火箭技术的不起眼的困难”的有趣话题。而且，如果我没记错的话，主题中不会考虑“打火机”的问题。我是第一次写作，也许这个话题很普通，但是对我来说似乎很有趣。

2016年6月11日，Delta-IV重型重型火箭与Orion9航天器一起成功发射（作为NROL-37任务的一部分）。为什么要发射这种特殊的火箭？首先，因为再次发射了最强大的主动火箭，其次，这只是三角洲重型飞机的第9次发射，其次，三角洲重型飞机的发射非常漂亮和壮观（低推力比，缓慢燃烧的球杆爬升）氢）。

启动器ILV Delta-IV重型NROL-37：



尽管可以认为发射是普通的，甚至是常规例行程序，但我还是会挑出这类导弹的发射，它们有自己的亮点-所谓的“ 火球” -可燃氢蒸气的火焰，火箭通过该火焰启动。尽管这对于观察者而言是一个亮点，但对于工程师而言，这是一个需要解决的问题。以及如何发生在下面。

使用RS-68氢发动机发射火箭的“问题”（或特征）（在其他类型上的花序图可能不同，最终效果也非常好）如下：

在启动RS-68发动机（氢氧对）之前，直到LV与工作台分离5秒钟（T-5），燃油（在这种情况下为氢气）被供应到发动机管路。这对于在启动前冷却干线管和发动机元件（与液态氧相比具有较低的氢气，而不是液态氧）是必要的（以排除管道，阀门等的突然温度变化）。此过程的结果是，在火箭周围形成了氢蒸气云，并逐渐与空气混合，这会燃烧或爆炸。

然后，在3秒钟后，液氧供应阀打开，发动机启动。这时，发动机的火焰点燃了火箭周围产生的爆炸性混合物，并开始燃烧。像这样：



或像这样：



结果，火箭具有“煤炭”外观：



当然，即使是火箭的首次发射也没有导致失败，并且火箭尽管被燃烧了，但成功地离开了发射线。但是它看起来很壮观，但是相当危险且异常（最大程度地，存在爆炸的危险）。

自然地，甚至在首次发射之前这种效果就很明显。而且，美国人对氢发动机（作为带有RS-25发动机的航天飞机的一部分）有足够的经验。基于此，至少有两种工程解决方案可以减少燃烧氢在火箭弹上的影响。

首先，强大的隔热层（火箭模块上的橙色区域）。它既可以作为氧化剂和燃料箱的绝缘材料，免受外界大气热量的侵蚀，又可以防止氢蒸气燃烧。在某些发射中，火箭飞行时，这种绝缘层会部分燃烧：



第二个必要的解决方案是安装“打火机”。

所谓的打火机-径向向外射击点火器（ROFI，或“火花”）安装在发射台上。在航天飞机的发射平台上也出现了类似的情况。的确，这些打火机并没有躲过火箭从火中逃脱的视线：事实是，它们的主要目的是排除氢蒸气与空气的混合（或使这些蒸气的浓度最小化），即防止形成爆炸性混合物。他们可以应对-到目前为止，所有发射都没有爆炸。
但是，仍然存在严重燃烧的问题，并存在隔热和罐壳的潜在威胁。

它们可以通过一种优雅而廉价的工程解决方案来减少过度燃尽的影响：在不同时间启动LV块的发动机。

简化的启动顺序图如下：第一个RS-68引擎在“ 右舷 ” 块（一侧）上启动，两秒钟后，其余块的引擎启动：“端口”（另一侧）和“核心”（中央）。关键是这样的：其中一台发动机的提早启动导致以下事实：减少了向大气中排放的过量氢气（除了有时间燃烧打火机），而离开燃气管道（出气通道）的气体喷射产生了可以正常工作的喷射气流就像吸尘器一样，将桌子和火箭周围的所有东西吸入烟道。因此，随着其余2台发动机的进一步启动，氢蒸气的总排放量减少，并且大部分氢蒸气被围绕火箭和工作台元件流动的气流带走，并将多余的火焰清除到烟道中。

当使用一台氢发动机启动Delta-IV M时，这种方法可以将火球的影响降低到类似的水平。实际上，最新的发射（Orion EFT-1和昨天的发射）是以“温和”的模式进行的。然而，对于外行人来说，火箭的发射是壮观而又不寻常的。

启动Delta-IV-H EFT-1（第一个同时启动发动机）：



为了清楚起见，显示了杰森·戴维斯（Jason Davis）三角洲重型发射场的照片统计数据。值得注意的是，火箭从不同侧面以不同方式燃烧。此外，卡纳维拉尔角的出气通道有两个通道，在范登堡为1通道。这种差异也会影响燃烧的性质（吸入周围空气时的不对称性）。



值得回顾的是，不仅达美航空存在这样的问题。这可能是俄罗斯R-7洲际弹道导弹（当前联盟的始祖）中出现的第一个问题，由于第一级和第二级发动机的启动过程很长（超过10秒），它也因燃烧烟气（现在是煤油和氧气）而“受苦”。而且这种类型的导弹的首次发射也穿过了火焰，并没有使工程师感到紧张。解决方案是在燃气系统中找到的（虽然最初本来应该是水，但这是另一回事），但在发动机启动前，它在燃气管道中产生了空气流，将燃气燃烧的烟气带向了燃气出口。

然后是这样的样子：R-7穿过火焰。



这是一篇关于火箭技术更多困难的简短文章。如果我喜欢这种材料，那么我有个主意，可以写更多有关太空火箭发射的有趣观点。

谢谢您的关注。

资料来源：

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/zh-CN395305/