Как запуск двигателя OMS космического корабля "Шаттл" ниже 21 км может привести к "разрушению" его сопла?

Этот ответ на вопрос Может ли космический шаттл использовать двигатели OMS во время посадки? говорит:

Нет

и цитирует Раздел 3.7 Рабочей тетради по системе орбитального маневрирования; OMS 21002 10 октября 2006 г., окончательная версия, USA006500 Rev. A:

3.7 ОГРАНИЧЕНИЯ И ОГРАНИЧЕНИЯ

Ниже приводится список ограничений и ограничений для OMS, относящихся к действиям экипажа.

Минимальная высота для запуска двигателя OMS составляет 70 000 футов. Ниже этой высоты разница давлений внутри и снаружи сопла двигателя OMS может привести к его разрушению.

Если вакуумный двигатель работает при значительном атмосферном давлении, выхлоп будет недостаточно расширен и может отделиться от внутренних стенок сопла. Я всегда предполагал, что это происходит из-за окружающего давления, проникающего извне.

Является ли явление, которое в данном случае может привести к разрушению сопла, связано с «несоблюдением разделения» ? Хотя трудно себе представить, давление выхлопа ракеты СУО ниже давления окружающей среды значительно ниже 21 километра?

Не забывайте Бернулли - en.wikipedia.org/wiki/Bernoulli%27s_principle
Похоже, вы в основном просите разъяснений по ответу на предыдущий вопрос. Это одна из вещей, для которых предназначены комментарии . Есть ли какая-то причина, по которой вы решили, что это должен быть отдельный вопрос?
@asdfex это не то, как работает принцип Бернулли, он описывает изменения давления вдоль линии тока (для одной и той же «порции» жидкости), вы не можете использовать его, чтобы что-либо сказать о разнице давлений двух несвязанных элементов жидкости (он уже не работает при попытке указать «скорость», поскольку она относительная, а не абсолютная). Конечно, при выходе газа из камеры сгорания будет падение давления, но относительно давления в камере (начало линии тока), а не относительно окружающей атмосферы. (Другое дело - предположение о несжимаемости, сохранении энергии и т.д...)
@IlmariKaronen: я не согласен. Несмотря на то, что uhoh ссылается на ответ, это совершенно новый и интересный вопрос. Ответ на этот вопрос может быть (и мы надеемся) настолько сложным, что он не может вместиться в другой комментарий.
Ответ на комментарий в комментарии редко бывает уместным @DarkDust - комментируя ответ, человек указывает, что для наивного читателя это может быть нелогичным, и дает автору ответа возможность расширить свой ответ. если они сочтут это целесообразным. Затем автор может проигнорировать комментарий, прокомментировать его, вероятно, лучше всего ответить в отдельном вопросе, или включить ответ. Задавая вопрос, а затем ссылаясь на новый вопрос в комментарии, автор ответа может чувствовать себя обязанным написать еще один полный ответ.

Ответы (1)

Подруливающее устройство перерасширяется, если давление на выходе из сопла меньше атмосферного давления, атмосферное, если давление на выходе сопла равно атмосферному давлению, или недорасширяется, если давление на выходе сопла больше, чем атмосферное давление. Поскольку атмосферное давление в вакууме практически равно нулю, любой двигатель, работающий в вакууме, по определению является недорасширенным соплом.

Двигатель, предназначенный для работы в вакууме, будет иметь чрезвычайно низкое давление на выходе из сопла при работе двигателя. Эксплуатация подруливающего устройства, предназначенного для использования в вакууме, когда давление окружающей среды выше, чем давление выхлопа, приводит к тому, что сопло с недостаточным расширением уровня вакуума становится соплом с избыточным расширением. Если окружающее давление намного превышает давление на выходе, сопло может стать чрезмерно расширенным.

Есть много серьезных проблем, связанных с сильно расширенными соплами. Выхлоп может отделиться от сопла, что может привести к повреждению сопла. Хуже того, разница давлений снаружи сопла (давление окружающей среды) и внутри сопла может привести к тому, что сопло само схлопнется. Вспомните свое детское образование, когда вы наливали воду в жестяную банку, нагревали ее до кипения, а затем опускали банку вверх дном в емкость с холодной водой. Сопла ракет выдерживают недорасширение. Опасно перерасширение, особенно сильное перерасширение.

Квадратная «газовая канистра» объемом 1 галлон с небольшим количеством кипятка на дне была резко раздавлена ​​на моей кухне, когда мне было 5 лет, когда я открыл крышку, а затем убрал огонь. Я никогда этого не забуду, Он «прогнулся». ( 1 2 ) На 21 км давление составляет 0,06 бар, поэтому это ограничение высоты может включать в себя некоторый фактор безопасности, т. е. не гарантируется прогиб на 21 км, но именно тогда вам лучше выключить его, потому что вы можете спускаться довольно быстро в этой точке. .
Мне все еще нелогично, что выхлоп низкого давления может попасть в окружающую среду с более высоким давлением. Я не имею в виду, что не верю в это; это просто одна из тех вещей, с которыми я не могу смириться. Действительно ли тяга, разделенная на площадь сопла, является давлением здесь, или «боковое давление» на сопло отличается из-за какой-то вещи Бернулли, упомянутой в комментариях под вопросом?
@uhoh почти все ускорительные двигатели перерасширяются при взлете; то есть «выхлоп низкого давления подталкивает себя к более высокому давлению». Левый двигатель на графике aerospaceweb.org/design/aerospike/figures/fig11a.jpg
@OrganicMarble Продолжая ход ваших мыслей, причина, по которой выхлоп низкого давления может попасть в атмосферу с более высоким давлением, заключается в том, что выхлоп выходит из сопла со скоростью, превышающей скорость звука. Выхлоп не совсем знает, что там воздух.
@uhoh Вы можете легко увидеть, когда двигатель, который изначально был перерасширен при запуске, достигает высоты, на которой поток выхлопных газов становится недорасширенным. Вот когда выхлопной шлейф вдруг расцветает. Вы задали связанный вопрос по этой теме, на который есть правильный ответ, который вы еще не приняли: какие факторы определяют высоту, на которой выхлопные шлейфы ракет начинают сильно цвести?
Как запуск двигателя OMS космического корабля "Шаттл" ниже 21 км может привести к "разрушению" его сопла?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v