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Accensione motore F1

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Accensione motore F1
« il: Dom 12/10/2008, 12:32 »
Quando il saturn V decollava una serie di processi erano gia' iniziati e sviluppati; tanto lavoro per rendere efficienti i cinque motori F1 al punto si sollevare l'enorme mole del vettore lunare. Vorrei in questo piccolo sunto descrivere come i motori raggiungevano la spinta massima di lavoro: seicentoottantamila chilogrammi.

I cinque motori F1 fornivano la spinta al primo stadio del Saturn V: S-IC che aveva la funzione di "booster" e si occupa quindi di sopportare il peso massimo al decollo: fornisce la spinta necessaria a lasciare la piattaforma di lancio ed a raggiungere gli strati piu' alti dell'atmosfera, fino a circa 62 km d'altezza.
I motori erano installati secondo uno schema a croce, i quattro posti ai vertici erano montati su sistema idraulico cardanico che permetteva un'inclinazione massima di 6° secondo assi, rispettivamente X e Z per facilitare il controllo d'assetto durante il lancio, mentre quello centrale era fisso.
 
Era utilizzato come carburante l'RP-1 (Rocket Propellant) cherosene purificato e ossigeno liquido come agente ossidante.

Vediamo come avveniva l'accensione del motore

Al momento dell'inizio della fase d'accensione (T -7 secondi), da terra era dato un comando a bracci meccanici che iniziavano a far fluire fluido a pressione movimentava la sezione della turbopompa di bassa pressione; tale bassa pressione era pero' tale da aprire le valvole dell'LOX e del generatore di gas aperte, permettendo l'ingresso del propellente pressurizzato nella cosi detta camera di combustione del generatore di gas. La pressione dei gas era ancora bassa, per aumentare tale pressione (incrementare quindi il valore di pressurizzazione del serbatoio) bisognava creare una energia termica nel generatore di gas e cio' era effettuato introducendo in tale settore un propellente iperbolico. Il propellente iperbolico era contenuto un una speciale cartuccia.
Tale propellente entrando in contatto col propellente: il cherosene, l'accendeva spontaneamente. Erano prodotte enormi quantita' di gas che dal generatore di gas entravano direttamente nella turbopompa iniziandone il lento, ma progressivo avvio. I gas bruciati fuoriusciti dalla campana di combustione causando le fiamme giallo-arancio ricche di fumo che si vedono nei filmati del decollo dei Saturn V.
In questa fase, in cui non si genera ancora attivita' propulsiva; erano bruciati cherosene ed ossigeno liquido al ritmo di tre tonnellate al secondo per ciascun motore.
Mentre le turbopompe aumentavano i giri cherosene e LOX erano distribuiti in precise proporzioni, in misure sempre maggiori nella camera di combustione ed incontrando gas caldi ne avveniva la combustione.
Nel momento in cui la pressione all'interno della camera di combustione aumenta, il sistema idraulico apre la valvola per il passaggio dell'RP-1 il quale passa prima per le tubazioni di raffreddamento attorno all'ugello e successivamente entra in camera di combustione: la pressione continua ad aumentare fino a che la valvola "thrust-OK" conferma il funzionamento efficiente dell'endoreattore, e la turbina del generatore di gas raggiunge il regime massimo di funzionamento.
Se i computer non rilevavano alcuna anomalia nella distribuzione del propellente ed agente ossidante, e se i controlli delle turbine erano anch'essi regolari, era dato il segnale di rilascio delle morse che trattenevano il Saturn al Pad.
Qualora cio' non fosse stato OK si inviava un segnale di spegnimento ai cinque F1.

Al momento del "cleared tower" erano trascorsi dieci secondi di volo e lo stadio S-IC aveva consumato ulteriori centoquaranta tonnellate.




Da notare cosa accade alle strutture del Pad al sollevamento completo del Saturn!!!
« Ultima modifica: Dom 12/10/2008, 12:36 da pilgrim1 »
"Please, dear God, don't let me fuck up." A. Shepard

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Stratogene
 

Offline Spock

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Re: Accensione motore F1
« Risposta #1 il: Lun 20/10/2008, 15:59 »
Grazie Pilgrim, veramente ottimo.

[pignol mode on]
Solo una piccola correzione: il generatore di gas non era acceso con la cartuccia di ipergolici, ma con un dispositivo di accensione pirotecnico attuato elettricamente. La cartuccia di ipergolici (che conteneva una miscela all'85% di trietil-borano e 15% di trietil-alluminio) era montata sulla camera di combustione principale e serviva per l'accensione del grosso del propellente, quando l'accumulo di pressione del combustibile sui diaframmi di rottura della cartuccia stessa ne causava il cedimento e il fluido veniva "sparato" in camera di combustione incendiando l'ossigeno.
[pignol mode off]
Lunga vita e prosperità

Spock




 

Re: Accensione motore F1
« Risposta #2 il: Lun 20/10/2008, 16:11 »
Grazie Pilgrim, veramente ottimo.

[pignol mode on]
......
[pignol mode off]

Grazie controllero' nei miei files.
Sono contento di aver avuto una risposta se posto non e' per far vedere quanto sono bravo, ma per condividere una passione e crescere...

 :beer:
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Stratogene
 

Re:Accensione motore F1
« Risposta #3 il: Lun 08/09/2014, 18:53 »
Salve a tutti. Sono nuovo del forum ed avrei delle curiosità da soddisfare:
1) Anche io sapevo che il propellente ipergolico serviva per il primo innesco nel generatore di gas. La mia fonte è Wikipedia ma se non fosse davvero così significherebbe che la voce è sbagliata.
2) Non ricordo da quale fonte, tuttavia sapevo che il propellente ipergolico fosse Acido Nitrico e Idrazina... Forse mi sbaglio con quello del Lem ?
3) La turbopompa di bassa pressione (LP) era effettivamente collegata ad una rurbina oppure era una semplice pompa ? E comunque, essa serviva quindi solamente a far fluire l'RP1 e il Lox al generatore di gas che a sua volta innescava la "vera" accensione nella camera di combustione ? Quindi la primissima fase di funzionamento della camera di combustione avveniva a turbopompa di alta pressione (HP) ferma che si metteva poi in progressivo movimento con il reciproco aumentare della combustione nella omonima camera ?
4) I serbatoi di elio servivano per mantenere in pressione... cosa ? Solo l'RP1 e il Lox ? O anche il fluido idraulico per la pompa LP ?
5) Gli F1, una volta accesi, da quello che so, non era possibile spegnerli: bisognava attendere l'esaurimento dell'RP1/LOX. Oppure non è così ?

Grazie anticipate per le risposte.
« Ultima modifica: Lun 08/09/2014, 19:16 da Lola Fox »
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Offline Cristiano

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Re:Accensione motore F1
« Risposta #4 il: Gio 18/09/2014, 19:02 »
Su Wikipedia c'era un link al mio sito poichè una dozzina di anni fa avevo scritto un piccolo testo sull'accensione degli F1, al momento su internet non si trovava ancora nulla e avevo attinto molto a vecchi scritti di Caprara e qualcosina dal sito NASA. In effetti poi il mio scritto fu ripreso da altri siti e molto rimaneggiato ma il "tower cleared" era  da me stato usato già per un altro piccolo testo. Probabilmente quello che sto dichiarando adesso è ancora reperibile negli archivi della vecchia mailing list Missilistica su Yahoogroups, ove all'epoca scrivevo piuttosto assiduamente. Troverete proprio il mio lungo testo sull'accensione dei F1. Tutte le notizie che si trovano in italiano sono successive al mio testo.

Ancora: i motori F1 potevano essere spenti QUASI in qualunque momento, a livello teorico, poichè erano dotati di un controller indipendente; ma questo controller era anche controllato dalla IU e nei primi trenta secondi di volo il programma di gestione del veicolo inibiva temporaneamente lo spegnimento del motore per cause di deviazione dei parametri principali (vibrazioni e temperature), perchè si presumeva che il motore potesse funzionare bene ancora per svariati secondi con alcuni parametri fuori del normale... e perchè con lo spegnimento al decollo di un motore diventava problematica l'ascesa e il veicolo si trovava ancora sopra la rampa di lancio. In tal caso quindi si sarebbe mantenuto funzionante anche un motore che desse segnali di guasto intesi come valori fuori norma, e dopo un po' la possibilità veniva finalmente concessa. Dopo una trentina di secondi di volo il veicolo era molto meno pesante, molto più veloce e leggermente distante dalle rampe, quindi uno spegnimento di un motore poteva, forse, consentire il viaggio o, molto più probabilmente, l'attivazione della LES e consentire la distruzione del veicolo in luoghi meno disturbati. La LES poteva comunque essere attivata in qualsiasi momento, anche prima dell'accensione dei motori F1.

In fine, come il buon vecchio von Braun scrive su Le frontiere dello spazio, il Saturn V era stato progettato con motori a cherosene per pura semplicità costruttiva, potenza bruta e  soprattutto affidabilità. In caso di problemi durante le prime fasi del volo in atmosfera, anche con perdita di controllo e rotazione incontrollata, il veicolo, massivo e lungo, avrebbe avuto movimenti lenti e per questo motivo si dava agli astronauti la possibilità di decidere l'aborto di lancio prima del sistema automatico, anche in seguito a segnalazione da terra. Inoltre, le pinne alla base del primo stadio, anche se praticamente inutili aerodinamicamente, avevano lo scopo di rallentare le rotazioni incontrollate, aumentando di qualche secondo il tempo a disposizione degli astronauti. Insomma, il Saturn V era un capolavoro di ingegneria che possedeva, oltre a sistemi di controllo e strutture mirabili, anche... tre astronauti realmente integrati nei sistemi di controllo e guida.

ciao

Cristiano
 

Re:Accensione motore F1
« Risposta #5 il: Gio 18/09/2014, 20:12 »
Meraviglia. Il tutto progettato senza computers, cad, e gestito senza elettronica sofisticata. E questo rende il SaturnV assolutamente prodigioso.  :surprise:
<ISAA n°119> | È vero, ho scalato montagne e ho camminato in luoghi remoti. Ma come avrei potuto vedervi se non da una grande altitudine o da una grande distanza? In verità, come si può essere vicini se non si conosce la lontananza? (Khalil Gibran)
 

Re:Accensione motore F1
« Risposta #6 il: Gio 18/09/2014, 20:18 »
Meraviglia. Il tutto progettato senza computers, cad, e gestito senza elettronica sofisticata.
Quando furono progettati quei motori i computer erano disponibili ed è probabile che fossero già utilizzati, anche se verosimilmente con un ruolo minore di quello che hanno oggi nella progettazione.
 

Offline IK1ODO

Re:Accensione motore F1
« Risposta #7 il: Gio 18/09/2014, 22:04 »
Quando furono progettati quei motori i computer erano disponibili ed è probabile che fossero già utilizzati

E anche l'elettronica (analogica e digitale) degli anni '60 non era certo poco sofisticata, credimi. Basta guardare gli schemi degli strumenti di misura dell'epoca, si facevano meraviglie rispetto agli anni '40 e '50.
"Lo studio e in generale l'aspirazione alla verità e alla bellezza rappresentano un ambito in cui è permesso rimanere bambini per tutta la vita" - A. Einstein