【航天科普】火箭“讨厌”振动的秘密

振动是一种普遍存在的物理现象。没有振动，我们就没法用言语交流，也听不到美妙的音乐。甚至我们日常的电视信号、手...





振动是一种普遍存在的物理现象。没有振动，我们就没法用言语交流，也听不到美妙的音乐。甚至我们日常的电视信号、手机通讯都要失灵。但是振动往往也会造成很大的危害，比如噪音和地震等等。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，严重的会造成结构破坏，导致任务失败。

1968年4月，美国土星5火箭在发射升空过程中，由于出现了纵向耦合振动，导致结构失稳，火箭坠毁，“阿波罗”计划中载人登月前最后一次无人飞行试验以失败告终。同时期苏联为登月研制的N-1

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。中学物理介绍过，物体振动一定需要振源，航天器的振动来源比较复杂，一般认为主要来自于发机工作产生的振动，以及噪声和冲击。火箭发动机在工作时，会产生推力脉冲，另外，燃烧室中的压力脉动也会通过发动机传递给整个运载火箭。这种压力脉动与燃料燃烧的过程密不可分，会在燃烧室里来回传递，造成可怕的影响，轻则会使发动机熄火，重则会使发动机结构出现破坏。

振动是火箭发动机最难解决的技术难题之一。火箭破开大气层进入太空的过程中会对周围空气产生影响，形成气动噪声，这些噪声会反过来激励火箭产生振动。以上这些振动中频率高的会影响运载火箭或火箭上载荷的稳定性和精度，频率低的振动会造成主体结构性能下降甚至破坏。

以大家熟知的Pogo振动为例，该振动是箭体结构与发动机动力学特性耦合产生的纵向不稳定振动，因其振动形态与玩具“PogoStick”相似而得名。如果该振动严重则可能导致飞行试验失败，如果不很严重，对航天员的生命安全也极为不利。因此，当玩具其乐无穷，可这振动放在火箭上就是问题了。(来源中国航天报·飞天科普周刊)

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