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长征五号发射震撼瞬间(发射台猛喷出200吨水)

长征五号发射震撼瞬间(发射台猛喷出200吨水)【涡扇发动机附近的噪音,也不过是100多分贝,200分贝的持续噪音超过一般人的想象和体验】由于火箭的高速尾焰温度超过3000度,已经跟乙炔焊差不多,高温和冲击力对发射台影响巨大。为了容纳这个巨型尾焰,一般来说只能挖一个超大的深坑当导流槽,费时费力。但除了高温,火箭发动机还会产生超过200分贝的噪音,其实这噪音的影响甚至比火焰更大。【这种造型的喷管,可以实现推力最优化设计】那么,为什么要对火焰喷水?是为了降温吗?喷水确实有降温的考虑在里面。长征五号是我国最大的火箭,推力大尾焰影响也就更大,对发射台的要求就更高,普通发射台设计已经不能满足需求了。

长征五号与梦天搭伴,助力中国空间站建设的最后一步。但有人发现,长征五号发射时,地面都会向尾焰部位喷水,难道不怕把火浇灭了吗?这么做有什么用意?

长征五号发射震撼瞬间(发射台猛喷出200吨水)(1)

【长征五号点火时,地面就开始喷水】

重达22吨的梦天由长征五号送入太空,中国空间站这时完成整个建设过程。长征五号点火时总重800吨,全靠发动机的巨大推力托上天空,不知各位注意到没有,火箭点火后,发射台都会向发动机尾焰喷水,产生巨大的水蒸气浓雾甚至有些影响观看发射。这种剧烈的喷水措施,不怕把火冲灭?不怕降低火箭推力?为何要进行这种操作?

长征五号火箭,发动机内部燃烧产生上千度的高温高压气体,然后向下喷出去,靠反作用力来前进,所以气体只要喷到火箭外面去了,就完成任务了,喷水浇灭也跟火箭没关系了,不会影响推力。

长征五号发射震撼瞬间(发射台猛喷出200吨水)(2)

【这种造型的喷管,可以实现推力最优化设计】

向火焰喷水,一举两得

那么,为什么要对火焰喷水?是为了降温吗?喷水确实有降温的考虑在里面。

长征五号是我国最大的火箭,推力大尾焰影响也就更大,对发射台的要求就更高,普通发射台设计已经不能满足需求了。

由于火箭的高速尾焰温度超过3000度,已经跟乙炔焊差不多,高温和冲击力对发射台影响巨大。为了容纳这个巨型尾焰,一般来说只能挖一个超大的深坑当导流槽,费时费力。但除了高温,火箭发动机还会产生超过200分贝的噪音,其实这噪音的影响甚至比火焰更大。

长征五号发射震撼瞬间(发射台猛喷出200吨水)(3)

【涡扇发动机附近的噪音,也不过是100多分贝,200分贝的持续噪音超过一般人的想象和体验】

噪音长期超过90分贝就会影响人的听力,飞机发动机的噪音也只是100来分贝,200分贝可见是相当高了。噪音本身就是一种冲击波,200分贝的噪音足以引发一些结构性破坏,尤其是对发射台、火箭本身和精密的载荷都有影响。

仅仅是挖一个大坑,已经解决不了噪音问题。于是人们想到用水来处理,可以一举两得。

一方面,向火焰喷水可以解决降温的问题,也就不需要挖一个非常巨大的导流槽,有个一般尺寸的导流槽就够用了,解决了施工问题。另一方面,火焰与水相遇产生了大量水蒸气,噪音的能量自然就被吸收和减弱了,这样就完成了保护发射平台、火箭和载荷的任务。这个系统被称作【水基消声系统】,或者【喷水降温降噪系统】。

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【长征五号的尾焰长度跟自己一般高,挖这么大的导流槽费时费力,其实没有必要】

控制数百吨的水龙,并不容易

原理已经清楚了,但问题还没彻底解决。发动机喷出的火焰能将800吨的火箭推上太空,这么巨大的冲击力下,喷水实际上有没有效果?怎么确保水能喷进去?喷多少水才管用?真能实现这么大的水流量吗?

长征五号发射震撼瞬间(发射台猛喷出200吨水)(5)

【大流量,高速度的喷水才能缓解火箭尾焰的影响】

这些其实正是喷水降温降噪系统研发的难点所在。若想有效控制热量与噪音,1秒钟至少要喷射20吨水,一共需要持续10秒钟。

为了达到设计需要,长征五号的发射塔架,在80米的高度修建了500立方米的蓄水池,使用了直径1.8米的水管供水。大家可以想象一下,数百吨水,几秒内从20多层楼的高空冲击而下,这对管路强度和发射平台来说,都是个巨大的考验。

长征五号发射震撼瞬间(发射台猛喷出200吨水)(6)

【喷水降温降噪系统,原理上乍看很简单,但想做好,背后需要复杂细致的研究和设计】

功夫不负有心人,我国专家只用了10个月,就利用计算机实现了“向燃气流喷水”的理论分析,并配合发射场总体单位完成了上百种方案设计的理论研究。最终,靠着在点火后5-15秒之间,喷射200吨淡水的这套系统,解决了我国大火箭的发射难题,确保了长征五号的顺利升空。

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