miércoles, 4 de marzo de 2015

CDXCVI - El "Efecto POGO" un fenómeno cada vez más conocido

-Cuando se iniciaron los capítulos LXV y XV en éste blog, se comentaron unos accidentes catastróficos incomprensibles que ocurrían en los inicios de los lanzamientos de cohetes con motores de combustible líquido y no sólo con los de un fabricante, ni de un país. El "Efecto POGO" lo sufrieron todos los países en los inicios de sus experiencias.

"Destrucción de un cohete por el efecto Pogo" (PeT)
-Así, los americanos fueron sorprendidos en los "Thor", "Titan" y "Saturn". Aunque el primer caso parece ser que fué en el programa Artemis en agosto de 1967. Los rusos tuvieron amargas experiencias con los N-1, su cohete lunar de 1972. Uno de ellos en la fase L3 y a los 107 segundos de vuelo, explotó. Parecido fin para otros tres ensayos en vuelo que fracasaron en buena parte por el efecto nocivo -otro en la misma plataforma de salida-  y que además tuvo como resultado el cancelar el programa por su elevado coste. 

"Primera fase L3 del N-1 con 30 x NK-15"  (PeT)
-Curiosamente los motores utilizados fueron una decisión tormentosa entre Korolev y Glushko, de relación dificil. Finalmente se instalaron motores de Kuznetsov, los NK-15 -nada menos que 30 motores en total- y que tuvieron como resultado la previsión de sustituirlos por los NK-33 en el N-1F.

"N-1 rusos. Parece que el lejano era una maqueta"  (PeT)
-La definición POGO no es un acrónimo o reunión de iniciales de palabras de algún significado. es el nombre de un juguete simple compuesto por un bastón con manilla y un apoyo para los pies con un resorte debajo lo que permite dar saltos mayores y desplazarse también. Y un tipo de danza, basada en éste movimiento.

"Efecto longitudinal POGO" (NASA)
-Los Saturn V llevaban en la primera fase S-1C, los motores F-1. En la segunda fase S-II, llevaba cinco motores J-2 y en la tercera fase S-IVB un J-2.  Precisamente en la segunda fase de la misión Apollo 13 el J-2 central se paró, teniendo que funcionar los otros cuatro motores algo más de tiempo para compensar. Fué un paro inexplicable en un principio, aunque a los 187 segundo del vuelo hubo sintomas. Posteriormente los "Shuttle" estaban protegidos con sistemas anti-Pogo.

-Los franceses también lucharon contra el "Efecto Pogo" en sus Ariane. Vemos a continuación el dibujo del motor Viking del Ariane 4 con dos amortiguadores instalados en ambas lineas de los propelentes. No sólo en la del oxidante.

"Marcados con estrellas los dispositivos anti-Pogo"
-El "Efecto Pogo" es una vibración compulsiva longitudinal a lo largo del cohete producido por la aceleración, creando una contrapresión de la cámara de combustión a través de la turbina de alimentación y a lo largo del conducto hasta el depósito. El propelente (principalmente el LOX) sometido a la aceleración también presiona. Pero no de forma controlada produciéndose un va-y-ven que vá amplificándose al ser la combustión fluctuante, a su vez los propelentes en los depósitos van "saltando" con efecto "bouncing", alterando el flujo y la presión a la salida, creando unas resonancias armónicas en frecuencias que hacen que coincidan en varias partes de la estructura. En especial los conductos descendentes. Todo el cohete entra en un circulo vicioso en aumento.

"Acumulador/amortiguador clásico de membrana"
-Se compara el comportamiento de éste fenómeno como el de varios diapasones que vibran en varios puntos de la estructura, siendo el más delicado el de los tubos bajantes y su rotura, ellos son los causante de que aumente la oscilación constantemente.

-Se utilizan varios métodos de protección en los tubos: el más corriente es colocando "amortiguadores" para las variaciones fluctuantes de presiones del fluido, consistentes en recipientes con membranas o pistones desplazables que contienen un gas inerte comprimible -nitrógeno- en un lado y por el otro están en contacto con el fluido. Esto permite desplazarse con la llegada de fluido y absorver las variaciones y devolverlo pausadamente, tranquilizando el tránsito del LOX. Otro sistema es el de estabilizar la combustión en la cámara mediante unas mamparas interiores perforadas...etc...etc.


-Hoy dia en Internet ya hay bastante información sobre éste tema. Incluso publicaciones especializadas en el tema -con sesudos cálculos- para quien esté más interesado.

ReF.:   (CDXCVI)       RMV  /   NASA  / Safran  /  


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