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科普|火箭为什么“讨厌”振动?

腾讯太空  · 公众号  · 探索  · 2017-08-10 23:08

正文

振动是日常生活中普遍存在的一种物理现象,如果没有振动我们的日常生活将会受到很大影响,例如说话的声音、通信、看电视等,但振动往往也会造成很大危害,比如噪音和地震等。对于运载火箭来说,有害的振动轻则引起部件精度和寿命下降,严重的会造成箭体结构破坏,导致发射失败。

 

例如,1968年4月,美国土星5号运载火箭在发射升空过程中,由于出现了纵向耦合振动,5台发动机中有2台在第二级火箭燃烧期间提前关闭,第三级也未能重新点燃,虽然阿波罗6号无人飞船成功进入太空,但却没有进入预定轨道。同时期苏联为登月研制的N-1运载火箭,进行的4次飞行试验全部失败,其中3次是由振动造成的。

 

据统计,运载火箭和航天器出现故障的原因,超过50%来源于振动。航天工程中,认识振动与抑制振动占了很大一部分工作量。

 

尤其是火箭发动机在工作时,会产生推力脉冲,燃烧室中的压力脉动也会通过发动机传递给整个火箭。这种压力脉动与燃料燃烧会在燃烧室里来回传递,如果处理不好就会造成可怕影响,轻则会使发动机熄火,重则会造成发动机结构破坏。

 

另外,火箭从地面发射进入太空的过程中会对周围空气产生影响,形成气动噪声,这些噪声也会反过来导致火箭产生振动。这些振动中频率低的会影响火箭或载荷的稳定性和精度,频率高的会造成火箭结构性能下降甚至破坏。(张力洋)

  

文字来源:中国载人航天企鹅号、飞天科普周刊

审稿:小火箭 邢强博士

责编:钟狼将

 

一个悲伤的视频:志子号火箭坠毁全过程


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