載人火箭不可忽視的振動(dòng)：抑制篇
在《載人火箭不可忽視的振動(dòng)：原理篇》中提到，蓄壓器的作用表現(xiàn)為將飛行相點(diǎn)沿著縱軸平移。那么蓄壓器是什么裝置？為何能起到沿縱軸平移，即降低液路頻率的作用？
推進(jìn)系統(tǒng)振動(dòng)頻率原理圖
可將真實(shí)管路極度簡化為上圖，上端是貯箱開口端，下面連接到泵，這是一個(gè)半開半閉的邊界。忽略管壁柔性，由于流體的可壓縮性形成了駐波模態(tài)。如氧化劑管路內(nèi)聲速為750m/s，管路長度取為6m，則此半開半閉駐波波長為24m，由此管路內(nèi)液體振動(dòng)頻率為31Hz。
推進(jìn)系統(tǒng)振動(dòng)頻率原理圖（考慮渦輪泵氣蝕）
實(shí)際上，在渦輪泵入口附近存在氣蝕（《隱形的幽靈-——發(fā)動(dòng)機(jī)混合比是怎么和火箭總體聯(lián)系的（下）》）。當(dāng)泵內(nèi)局部區(qū)域的靜壓力小于當(dāng)?shù)販囟认碌囊后w飽和蒸汽壓力時(shí)，該處的液體即產(chǎn)生蒸汽泡。此蒸汽泡形成一段空氣彈簧，液柱會(huì)在彈簧支撐下作整體往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)頻率為：
其中I=h/Ag為液體慣性，Ca為泵氣蝕柔度，若泵的氣蝕柔度為2×10-6m2左右，則對于150mm管路，代入公式可計(jì)算液體頻率約為20Hz，這就是整個(gè)輸送系統(tǒng)的一階頻率。
從公式可以看出，它基本由輸送管長度、面積，以及泵氣蝕柔度確定。
蓄壓器相當(dāng)于更大的氣體彈簧，它能更大幅地降低管路頻率，而且它本身的柔度可以用來抵消氣蝕帶來的不確定性。從氣體狀態(tài)方程、絕熱泊松方程和振動(dòng)方程可以導(dǎo)出加蓄壓器后管路頻率為：
其中γ為氣體比熱比，P為蓄壓器處所受壓力，P0V0為初始能量值。因此可以通過調(diào)節(jié)蓄壓器初始P0V0值來改變降頻效果。
常見的蓄壓器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)形式
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活塞式蓄壓器。由彈簧活塞系統(tǒng)吸收管路內(nèi)的壓力波動(dòng)，降低系統(tǒng)管路振動(dòng)頻率。“大力神”II燃料輸送管路上有應(yīng)用。這種裝置的主要問題是活塞密封與殼體空腔之間的摩擦，直接影響到蓄壓器的靈敏度，從而影響到它在輸送系統(tǒng)中降低壓力脈動(dòng)的能力。
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氣管式蓄壓器。通過貯存氣體降頻。“大力神”II氧化劑輸送管路上采用。使用中要注意的問題是推進(jìn)劑對氣體的吸收作用以及發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間因?yàn)楣苈烦槲鼛淼臍怏w損失。
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彈性袋式蓄壓器。“大力神”III燃料輸送管使用。此蓄壓器設(shè)計(jì)時(shí)最困難的是起動(dòng)活門打開或發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間產(chǎn)生的水擊，塑料彈性袋對應(yīng)變率很敏感，可能造成囊袋破裂。
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膜盒式蓄壓器。“大力神”III一級(jí)氧化劑輸送管路使用。缺點(diǎn)是大型火箭結(jié)構(gòu)和推進(jìn)系統(tǒng)動(dòng)特性處在很寬的范圍，有多次出現(xiàn)POGO情況的可能性，此蓄壓器對調(diào)節(jié)不具有靈活性，如某火箭使用了火工品才能在飛行中變化一次能量值。另外在使用低溫推進(jìn)劑時(shí)，膜盒內(nèi)氣體初始溫度低，初始PV值較小，需要更大的蓄壓器。
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注氣式蓄壓器。“土星”V一級(jí)氧化劑管路使用。少量氣體對發(fā)動(dòng)機(jī)無影響，蓄壓器在開始充填工作時(shí)令人滿意，但發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)把氦氣釋放給高壓氧化劑渦輪泵，隨之出現(xiàn)嚴(yán)重的氣蝕與超速。此后航天飛機(jī)設(shè)計(jì)過球形蓄壓器來避免此缺點(diǎn)。航天飛機(jī)將其改進(jìn)為球形蓄壓器。增加了注氣補(bǔ)氣及回流系統(tǒng)解決關(guān)機(jī)時(shí)氦氣釋放問題。
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恒定液位的氣體蓄壓器。“阿里安”V火箭使用蓄壓器，它可以主動(dòng)調(diào)節(jié)容量。當(dāng)火箭飛行接近后期時(shí)，由于過載導(dǎo)致輸送管壓力增大。使用恒定液位的氣體蓄壓器，與定容積蓄壓器相比，可顯著增加蓄壓器彈性，在同等容積下大大提高蓄壓器能力。
天頂號(hào)前期研制時(shí)曾構(gòu)想過一種超級(jí)氣蝕蓄壓器。方案為：在發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵出口端引出一段管路，在管路內(nèi)人為產(chǎn)生氣蝕，再在氣蝕區(qū)之后人為消滅氣蝕，最后將這段管路再次導(dǎo)入渦輪泵入口。通過氣蝕，在管路中并入了一個(gè)氣體區(qū)域，從而類似于一段氣管式蓄壓器。無需維護(hù)的蓄壓器。想法十分吸引人，但工程實(shí)現(xiàn)非常困難，最后天頂號(hào)因?yàn)楦鞣N原因放棄了這種方案。
