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聊一聊马斯克星舰爆炸的问题

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看了网上的文章许多人把问题指向水锤效应。水锤效应指的是:液体在流动中突然被截流停止,对管道产生的冲击。我们来具体分析一下:在星舰热分离的时候,产生了短暂的负加速度,不足以造成液体的流动也没有产生液体剧烈的扰动。星舰在空中是一个自由体,只有在受力的情况下才会产生加速度,加速度的大小和受力的方向相反。所以除了刚分离时超重助推开始翻转,造成对液体的扰动之后依靠惯性继续翻转,不会再对液面产生扰动。随着助推的翻转,推力不断的改变方向,始终保持和助推在一个轴方向上。因此燃料箱里的燃料不会剧烈的摇晃,翻转产生的扰动,也会慢慢的衰减直到翻转停止又产生新的扰动。可以肯定水锤效应不是造成助推爆炸的原因。
既然不是水锤效应导致的爆炸,那么我们另外找别的原因。星舰是有史以来人类制造的最长的火箭,燃料储存罐高度也最高。储存罐液态甲烷液面高达63米,液态氧液面高达35米。根据两种液体的密度和起飞时1.5g的加速度,液氧储存罐会产生7个大气压的压强。加上加压气体的压强起飞时会产生10个大气压。液态甲烷储存罐会产生4.35个大气压,加上加压气体的压强起飞时会产生7.3个大气压。还原到事故发生时,十台发动机启动了九台加上原来的三台。如果是每台是230吨的推力,助推自身的重量是200吨,假设还留有200吨的燃料。12台发动机会产生6.4个g的加速度。液态甲烷储存罐此时液面下降到34米,会产生11个大气压的压力,加上本身的大气压。一共是14个大气压。火箭发动机会使用液氧储存罐中的内罐,因为高度较低产生的压强要小得多。会不会是因为太大的压强,造成储存罐管道和阀门的破裂,从而造成爆炸呢。我想这种可能性很小,spaceX的工程师不会连这一点都想不到,即使设计失误在地面上压力试验也比较容易发现问题。
那到底是什么原因造成的爆炸?让我们来逐步还原整个事故的过程。热分离之后超重助推翻转到垂直状态,此时十台发动机,开始依次点火。【这个时候三台发动机推力只开到50%】。当启动到最后一台的时候,中间的三台发动机其中一台熄火。继续翻转翻转到水平状态时,助推排出大量的气氧和气态甲烷,减小对储存罐的压力。之后把其余的发动机推力开到最大,然后就发生了爆炸。造成爆炸的原因我认为:由于启动了九台发动机,造成推力大增,加速度急剧增加,液态甲烷的压强发生了很大的变化【液氧液面高度低压强增加小】。因为地面无法模拟这种状态,没有足够的数据积累。发动机的控制程序不能保证,液态氧和液态甲烷,供应保持一定的比例。液态甲烷供应过多,造成一台发动机熄火。在水平状态以后推力开到最大,同样的原因,燃料供应无法保持一定的比例。液态甲烷供应过多,但此时的推力是百分之百,甲烷过多形成的蒸汽会大大增加发动机的压强,造成发动机承受的压强超过设计值,从而导致爆炸。
相信下次试验的时候,星舰已有足够的数据进行改进,我们可以看到成功入轨。
注意:发动机刚开始启动时,燃料供应压力变化,发动机有足够的时间去调整。


IP属地:广东1楼2023-11-21 18:10回复
    有道理


    IP属地:广西来自Android客户端2楼2023-11-21 19:02
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      这么多字,能不能研究一下国内那个?


      IP属地:广西来自Android客户端3楼2023-11-21 20:09
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        反正有流体力学专家说直径9米的罐子比直径3米的流体力学环境复杂得多


        IP属地:河北来自iPhone客户端4楼2023-11-21 20:16
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          IP属地:浙江来自Android客户端5楼2023-11-22 03:44
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            外行看看热闹就行


            IP属地:上海来自iPhone客户端6楼2023-11-22 06:10
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              说得有理


              IP属地:河北7楼2023-11-22 10:01
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                一级爆炸与否,其实跟入轨已经没有关系,只跟回收有关而已。


                IP属地:广东来自Android客户端8楼2023-11-22 15:51
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                  水锤不会造成爆炸,但会损坏发动机,使飞行轨迹偏离预期,从而启动AFTS


                  IP属地:江苏来自Android客户端9楼2023-11-22 22:07
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                    技术讨论帮顶


                    IP属地:四川来自Android客户端10楼2023-11-24 08:19
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                      看了新视频,一级旋转时出现放射状气雾,不是燃烧是燃料喷射,说明出现了管路爆裂,应该是水锤效应锤破的,还是应该冷分离,2级搞1台液氮喷射引擎喷1级


                      IP属地:北京来自Android客户端11楼2023-11-24 14:22
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                        压强跟液面高度没有关系,只跟三个变量有关:加速度×质量÷受力面积


                        IP属地:河南来自iPhone客户端12楼2023-11-24 16:42
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