讓楊利偉感覺到要犧牲的 POGO振動(縱向耦合振動)是什麼原因?

楊利偉:就在火箭上升到三四十公里的高度時,火箭和飛船突然開始急劇抖動,與人體產生了共振,我的五臟六腑似乎都要碎了,幾乎難以承受。共振持續了26秒後,終於慢慢減輕,我感到從沒有過的輕鬆和舒服,如釋千鈞重負,如同一次重生。後來才知道,這26秒不僅我感覺特別漫長,地面的科技人員也陷入了空前的緊張。經過科技人員共同努力,終於解決了這個共振問題,在以後的飛行任務中再沒發生此類情況。

讓楊利偉感覺到要犧牲的 POGO振動(縱向耦合振動)是什麼原因?

榮克林(702所副總師):當一個單一激振頻率與火箭全箭縱向一階頻率接近甚至相等時,火箭就會出現共振。如果火箭的振動頻率與推進劑管路液流的頻率接近或相等,就會形成一個動力學相互推動放大的閉路循環系統,即縱向耦合振動,從而會極大地影響到航天員在載人艙內的乘坐舒適性。這種縱向耦合振動也叫做POGO振動。

  我們在神舟五號以後,開展了各類試驗,驗證了振動產生的原因,進行了新型POGO穩定性分析方法的研究工作。在型號總師親自抓的振動抑制設計工作中,經過反覆的試驗和穩定性計算,最終確定了使用變能量蓄壓器的方式加以控制,從而避開了POGO振動。

  蓄壓器相當於具有一定壓力和容量的氣球,將它連通在推進劑的管路內,可以改變推進劑管路系統的固有頻率,達到變頻、降幅,消除縱向耦合振動不穩定性的目的

讓楊利偉感覺到要犧牲的 POGO振動(縱向耦合振動)是什麼原因?

POGO振動是大型液體火箭飛行過程中遇到的一個不容忽視的低頻振動問題,屬於流固耦合動力學研究範疇。典型的POGO現象是一種由大型液體火箭的結構縱向振動與推進劑管路系統(簡稱推進系統)相互作用而產生的不穩定的閉環自激振動。

讓楊利偉感覺到要犧牲的 POGO振動(縱向耦合振動)是什麼原因?

POGO振動使得火箭的振動環境惡化,對於結構系統,可能造成箭上敏感元件及儀器設備受損或結構超限;對於推進系統,所伴隨的推進系統壓力和流量脈動可以產生各種有害效應,降低推進系統的性能,甚至造成事故的發生;對於載人航天,還會使航天員遭受到超出人體承受能力的振動。因此,能否抑制POGO振動已成為當代航天運載器的重要設計條件之一,也是人類能否進入宇航飛行的前提之一。本文從形成機理、結構系統建模、推進系統建模、穩定性分析和貯氣型蓄壓器設計等方面系統的研究了POGO振動及其預防措施。

讓楊利偉感覺到要犧牲的 POGO振動(縱向耦合振動)是什麼原因?

首先通過一個自由-自由的兩質量塊-彈簧-阻尼系統闡明瞭POGO振動形成的機理。緊接著,針對POGO振動的特性,將航天運載器分為兩個系統:結構系統和推進系統,分別建立了兩個系統的模型並進行了分析。對於結構系統,建立了一個質量-彈簧模型;對於推進系統,建立了一個統一的蓄壓器-推進系統模型,分析了蓄壓器安裝位置和柔度對推進系統固有頻率的影響。在此基礎上,介紹了用於分析POGO振動穩定性的方法,並結合一個實例,利用臨界阻尼比法,分析了系統的穩定性。分析結果表明,臨界阻尼比的增大會導致火箭結構系統失穩,而增大蓄壓器柔度可降低臨界阻尼比,提高系統穩定性;產生POGO振動時,結構振動的加速度響應最大,且推力脈動與加速度響應的相位差為-π/2;蓄壓器在推進系統上的安裝位置對POGO抑制有重要影響,並給出了蓄壓器安裝的最佳位置。

此外,建立了一個貯氣型蓄壓器的動力學模型,研究了蓄壓器對推進系統固有頻率的影響以及蓄壓器消減推進系統壓力脈動的作用,並給出了在已知降頻要求和消減壓力脈動要求的情況下,確定蓄壓器參數的方法。


分享到:


相關文章: