Effet pogo

Bonjour, j'aimerais savoir à quoi est du exactement l'effet pogo. J'ai eu ouïe-dire que seul les fusées à propergol liquide subissent ce phénomème. Également, je sais que Apollo 6 a connu de sévères problèmes de vibrations causés, me semble-t-il, par des fluctuations au niveau des moteurs.



Merci d'avance...

L'effet Pogo vient du fait que certaines fréquences de vibration de la propulsion entrent en résonnance avec les modes de vibration propres du lanceur. En gros, les liquides se mettent à balloter (surtout longitudinalement), ce qui ammène plus ou moins de pression dans les moteurs et donc dans la chambre. Ainsi le moteur va se mettre à pousser aussi de manière sinusoïdale (grosso-modo), ce qui va secouer le lanceur selon la même fréquence, ce qui va avoir pour effet d'augmenter encore le phénomène. Et ainsi de suite, c'est un cercle infernal.
Ce n'est qu'un des aspects du phénomène, bien d'autres facteurs peuvent rentrer en jeu (même dans les moteurs solide il y a ce genre d'effet de vibration), mais c'est juste pour se donner une idée de ce que c'est.

Dans ton exemple de la Saturn V, ça provenait de la construction du bas du lanceur: il y avait 5 moteurs en croix; 4 au bord et 1 au milieu. Le problème venait du fait que le moteur du milieu n'était pas fixé assez solidement par rapport aux autres, et il montait et descendait un petit en faisant plier la structure qui le retenait. Si les 4 moteurs du bord n'étaient pas solidement accrochés au réservoir, on aurait probablement vu un beau feu d'artifice. C'est une des raisons qui a notamment poussé les ingénieurs soviétiques à construire les moteurs de la fusée N1 tout en cercle au bord du réservoir, là où les déformations sont les plus faibles. Bien que la fusée connu le succès qu'on lui connait, en attendant elle n'a jamais échoué à cause du Pogo... jusqu'au dernier vol, où les moteurs qui n'étaient pas au bord se sont coupé (ceux au centre), sont "redescendus" d'un coup, créant des vibrations qui ont alors cassé le lanceur.

Space Opera a écrit:Dans ton exemple de la Saturn V, ça provenait de la construction du bas du lanceur: il y avait 5 moteurs en croix; 4 au bord et 1 au milieu. Le problème venait du fait que le moteur du milieu n'était pas fixé assez solidement par rapport aux autres, et il montait et descendait un petit en faisant plier la structure qui le retenait.

Intéressant, je ne connaissais pas cette explication concernant le pogo de la Saturn V !

Moi non plus je ne connaissais pas cette explication, je connaissais celle la :

THE PERILS OF POGO

An important Marshall facility was the Dynamic Test Tower, the only place outside the Cape where the entire Saturn V vehicle could be assembled. Electrically powered shakers induced various vibrational modes in the vehicle, so that its elastic deformations and structural damping characteristics could be determined. The Dynamic Test Tower played a vital role in the speedy remedy of a problem that unexpectedly struck in the second flight of a Saturn V. Telemetry indicated that during the powered phases of all three stages a longitudinal vibration occurred, under which the rocket alternately contracted and expanded like a concertina. This "pogo" oscillation (the name derived from the child's toy) would be felt particularly strongly in the command module.

Analysis, supported by data collected in engine tests, confirmed that the oscillation was caused by resonance coupling between the springlike elastic structure of the tankage, and the rocket engines' propellant-feed systems. Susceptibility to pogo (a phenomenon not unknown to missile designers) had been thoroughly investigated by the Saturn stage contractors, who had certified that their respective designs would be pogo-free. It turned out that these mathematical analyses had been conducted on an inadequate data base.

Once the problem was understood, a fix was quickly found. "In sync" with the pogo oscillations, pressures in the fuel and oxidizer feed lines fluctuated wildly. If these fluctuations could be damped by gas-filled cavities attached to the propellant lines, which would act as shock absorbers, the unacceptable oscillation excursions should be drastically reduced. Such cavities were readily available in the liquid-oxygen prevalves, whose back sides were now filled with pressurized helium gas tapped off the high pressure control system. After a few weeks of hectic activity, a pogo-free Saturn flight no. 3 successfully boosted the Apollo 8 crew to their Christmas flight in lunar orbit.


Euh... :suspect: Si je ne m'abuse rien à voir

Apolloman a écrit:Analysis, supported by data collected in engine tests, confirmed that the oscillation was caused by resonance coupling between the springlike elastic structure of the tankage, and the rocket engines' propellant-feed systems.

Eh bien si, c'est exactement ce que j'avais dit :)

Le moteur central est attaché sur une structure trop élastique, ce qui lui permet de monter et descendre par rapport aux autres moteurs et au réservoir. En bougeant, le conduit d'arrivée de carburant s'allonge et se compresse, augmentant et diminuant le débit de carburant et donc la poussée. La boucle est bouclée ;)

Space Opera a écrit:

Apolloman a écrit:Analysis, supported by data collected in engine tests, confirmed that the oscillation was caused by resonance coupling between the springlike elastic structure of the tankage, and the rocket engines' propellant-feed systems.

Eh bien si, c'est exactement ce que j'avais dit :)

Le moteur central est attaché sur une structure trop élastique, ce qui lui permet de monter et descendre par rapport aux autres moteurs et au réservoir. En bougeant, le conduit d'arrivée de carburant s'allonge et se compresse, augmentant et diminuant le débit de carburant et donc la poussée. La boucle est bouclée ;)

Autant pour moi

Edit : :suspect:  :suspect:  :suspect:

Et ainsi de suite, c'est un cercle infernal.

C'est ce qui a causé la perte du deuxième lancement de Falcon 2, si je ne m'abuse....

Concernant Falcon 2, il me semble que c'est plutôt l'effet de sloshing (ballotement) des ergols dans le réservoir qui est en cause.

Space Opera a écrit:Dans ton exemple de la Saturn V, ça provenait de la construction du bas du lanceur: il y avait 5 moteurs en croix; 4 au bord et 1 au milieu. Le problème venait du fait que le moteur du milieu n'était pas fixé assez solidement par rapport aux autres...

Puis...

Space Opera a écrit:Le moteur central est attaché sur une structure trop élastique, ce qui lui permet de monter et descendre par rapport aux autres moteurs et au réservoir. En bougeant, le conduit d'arrivée de carburant s'allonge et se compresse, augmentant et diminuant le débit de carburant et donc la poussée. La boucle est bouclée

A la seconde re-lecture (désoler j'avais la tête ailleurs), ce n'est pas le même cas de figure que tu démontres...

A ce que j'ai compris :

En 1/ tu parles d'un moteur qui n'était pas fixé assez solidement par rapport aux autres (sachant qu'ils sont tous fixés à la même structure de poussée... là d'aprés ce que je lis c'est le moteur le fautif ou sa fixation (le liens qui le relie à la sturcture de poussée).

En 2/ tu parles du moteur central qui est attaché sur une structure trop élastique... Dans ce cas la c'est la structure de poussée (sa conception et le matériau utilisé pour sa construction qui sont fautifs) et ce n'est pas le même cas de figure ;)

Est-ce que ce n'est pas l'explication donnée par Greg sur la flexibilité de l'ancrage du 5ème moteur de la Saturn V qui a fait abandonner l'idée d'une Ariane 4 à 5 moteurs ? Il m'a semblé avoir entendu ça quelquepart...

Effet « Pogo »

Sous domaine : Mécanique des structures
, Mécanique des structures
Phénomène oscillatoire longitudinal instable qui peut se produire dans
les étages à ergols liquides d'un lanceur lorsque des fluctuations de
poussée du moteur engendrent des vibrations de structure et des
colonnes liquides qui se répercutent sur l'alimentation du moteur.
Note : 1. L'effet « pogo », s'il n'est pas maîtrisé, est susceptible
de provoquer des dysfonctionnements pouvant aller jusqu'à la
destruction du lanceur.2. Le mot « pogo » vient de
l'expression pogo stick qui désigne un jouet d'enfant
constitué d'une échasse montée sur un ressort.

definition trouvé sur le site de : patrimoine-de-france

Bernard

Apolloman a écrit:En 1/ tu parles d'un moteur qui n'était pas fixé assez solidement par rapport aux autres (sachant qu'ils sont tous fixés à la même structure de poussée... là d'aprés ce que je lis c'est le moteur le fautif ou sa fixation (le liens qui le relie à la sturcture de poussée).

En 2/ tu parles du moteur central qui est attaché sur une structure trop élastique... Dans ce cas la c'est la structure de poussée (sa conception et le matériau utilisé pour sa construction qui sont fautifs) et ce n'est pas le même cas de figure ;)

Dans les 2 cas, le moteur central est mal attaché par rapport à la structure du réservoir, c'est la même chose qui est dite.
1/ Le moteur central n'est pas attaché assez solidement (sous-entendu par rapport aux autres moteurs et donc au réservoir). Cela provient d'une structure trop élastique (non précisé à la première passe, par souci de clarté).
2/ Même chose, à savoir le moteur central est attaché sur une structure élastique qui ne le fixe pas assez solidement par rapport aux autres moteurs (et donc au réservoir).

Le moteur est indirectement responsable, par le biais d'une mauvaise conception de structure. Le côté "pas attaché assez solidement" n'était pas à prendre au premier degré avec un F1 mal boulonné sur sa structure, mais attaché sur une structure qui ne le tenait pas bien.

Je comprends pas le chipotage là :suspect:

Space Opera a écrit: Dans les 2 cas, le moteur central est mal attaché par rapport à la structure du réservoir, c'est la même chose qui est dite.
1/ Le moteur central n'est pas attaché assez solidement (sous-entendu par rapport aux autres moteurs et donc au réservoir). Cela provient d'une structure trop élastique (non précisé à la première passe, par souci de clarté).
2/ Même chose, à savoir le moteur central est attaché sur une structure élastique qui ne le fixe pas assez solidement par rapport aux autres moteurs (et donc au réservoir).

Le moteur est indirectement responsable, par le biais d'une mauvaise conception de structure. Le côté "pas attaché assez solidement" n'était pas à prendre au premier degré avec un F1 mal boulonné sur sa structure, mais attaché sur une structure qui ne le tenait pas bien.

Je comprends pas le chipotage là :suspect:

Désoler j'avais justement pas compris tes sous entendus... Donc je chipote ;)

Il semble que les trois premiers étages de saturne V soit affecté par l'effet POGO, a des fréquences différente suivant les étages et la position des moteurs et tous les lanceur depuis Jupiter ont été affecté par l'effet POGO ( voir Pratt & Whitney Rocketdyne Technical Consulting )


Le phénomène pogo: le moteur se déplace vers le haut du cycle, le liquide à propergol est forcé dans la turbopompe.Cet excès de liquide est transformé en une poussée indésirables qui tend à déplacer le moteur encore plus loin. Le résultat net pourrait se faire sentir dans les vaisseaux spatiaux ou, pire, pourrait conduire à une rupture de la structure de la fusée.
Sur tous les moteurs à carburant liquide on à du y mettre un systèmes anti-POGO.
Le plus dangereux est quand la fréquence de l'effet POGO vient en résonance avec la structure de la fusée.

Quelqu'un peut m'en dire plus sur la résonance...

Lorsqu'on abandonne un système stable écarté de sa position d'équilibre, il y retourne, généralement à travers une série d'oscillations propres. Celles-ci se produisent à la fréquence propre du système. Soumis à une excitation dont la fréquence est proche de cette fréquence propre, le système va être entrainé, comme une balançoire, dans une oscillation sinusoïdale qui s'amplifie de plus en plus, jusqu'à une limite qui dépend de l'amortissement et de la dissipation ou bien jusqu'à la rupture d'un élément du système, les contraintes engendrées dépassant la limite de rupture: c'est ce qu'on appelle la résonance.
Sommairement on peut dire que le système réagit d'autant plus facilement, qu'on lui fournit de l'énergie à une fréquence proche de sa fréquence naturelle comme disent les Anglo-saxons.

Voir wikipedia

l'exemple le plus net est le pont de pont de Tacoma Narrows, ce pont est rentré en résonance avec une vent raisonnable ( 65 à 80 Km/h). cela à été jusqu'à la rupture du pont.

HS : Je viens de réaliser que tu es le plus jeune forumeur : tu as toute la vie devant toi, et tu es assuré de voir l'homme sur Mars, haut la main !

Je n'ose envisager la prochaine étape : les administrateurs devront se munir de tétines ! :megalol:

Airazor a écrit:Bonjour, j'aimerais savoir à quoi est du exactement l'effet pogo. J'ai eu ouïe-dire que seul les fusées à propergol liquide subissent ce phénomème. Également, je sais que Apollo 6 a connu de sévères problèmes de vibrations causés, me semble-t-il, par des fluctuations au niveau des moteurs.

Pour ajouter une métaphore aux explications techniques qui t'ont été données, le POGO, c'est un peu comme si tu conduisais ta voiture sans que ton siège conducteur soit fixé à la caisse : quand tu accélères, le siège recule et ton pied relache l'accélérateur, donc tu ralentis, ton siège repart vers l'avant et ton pied ré-enfonce l'accélérateur, donc ton siège recule...etc. Le tout en rythme donne un belle vibration qui doit finir par te bousiller les lombaires.

Essaye un peu pour voir :)

Merci pour toutes vos réponses et belle métaphore chapi