Slash dynamik
I vätskedynamik hänvisar slosh till vätskans rörelse inuti ett annat föremål (som vanligtvis också genomgår rörelse) .
Strängt taget måste vätskan ha en fri yta för att utgöra ett sliskdynamikproblem , där vätskans dynamik kan interagera med behållaren för att väsentligt förändra systemdynamiken. Viktiga exempel är drivmedelsslash i rymdfarkosttankar och raketer (särskilt övre stadier), och den fria yteffekten (lastslash) i fartyg och lastbilar som transporterar vätskor (till exempel olja och bensin). Det har dock blivit vanligt att benämna vätskerörelser i en helt fylld tank, alltså utan fri yta, som "fuel slosh". [ inte verifierad i kroppen ]
Sådan rörelse kännetecknas av " tröghetsvågor " och kan vara en viktig effekt i spinnande rymdfarkosters dynamik. Omfattande matematiska och empiriska samband har härletts för att beskriva flytande slash. Dessa typer av analyser utförs vanligtvis med hjälp av beräkningsvätskedynamik och finita elementmetoder för att lösa vätskestrukturens interaktionsproblem, särskilt om den fasta behållaren är flexibel. Relevanta icke-dimensionella vätskedynamikparametrar inkluderar Bondnumret , Webernumret och Reynoldsnumret .
Slosh är en viktig effekt för rymdfarkoster, fartyg, vissa landfordon och vissa flygplan . Slosh var en faktor i Falcon 1- sekunds testflygningsanomali och har varit inblandad i olika andra rymdfarkoster, inklusive en nära-katastrof med satelliten Near Earth Asteroid Rendezvous ( NEAR Shoemaker ).
Rymdskeppseffekter
Flytande slash i mikrogravitation är relevant för rymdfarkoster, oftast satelliter som kretsar runt jorden , och måste ta hänsyn till vätskeytspänningen som kan ändra formen (och därmed egenvärdena ) av vätskesnigeln. Vanligtvis är en stor del av massan av en satellit flytande drivmedel vid/nära Beginning of Life (BOL), och slask kan påverka satellitprestandan negativt på ett antal sätt. Till exempel kan drivmedelsslash introducera osäkerhet i rymdfarkostens attityd (pekande) som ofta kallas jitter . Liknande fenomen kan orsaka pogooscillation och kan resultera i strukturella fel på ett rymdfarkost.
Ett annat exempel är problematisk interaktion med rymdfarkostens Attitude Control System (ACS), särskilt för snurrande satelliter som kan drabbas av resonans mellan slash och nutation , eller negativa förändringar av rotationströgheten . På grund av dessa typer av risker studerade National Aeronautics and Space Administration (NASA) på 1960-talet ingående flytande slash i rymdfarkosttankar, och på 1990-talet genomförde NASA Middeck 0-Gravity Dynamics Experiment on the Space Shuttle . Europeiska rymdorganisationen har fört fram dessa undersökningar med lanseringen av SLOSHSAT . De flesta snurrande rymdfarkoster sedan 1980 har testats vid Applied Dynamics Laboratories falltorn med hjälp av sub-scale modeller. Omfattande bidrag har också gjorts av Southwest Research Institute , men forskningen är utbredd inom akademi och industri.
Forskning fortsätter om slash-effekter på drivmedelsdepåer i rymden . I oktober 2009 flygvapnet och United Launch Alliance (ULA) en experimentell demonstration i omloppsbana på en modifierad Centaur övre scen på DMSP-18 - satellituppskjutningen för att förbättra "förståelsen av att drivmedel sedimenterar och slask", " Ljuset". vikten av DMSP-18 tillät 12 000 pund (5 400 kg) kvarvarande LO 2- och LH 2- drivmedel, 28 % av Centaurs kapacitet", för testerna i omloppsbana. Förlängningen av uppdraget efter rymdskeppet pågick 2,4 timmar innan den planerade bränningen i deorbit utfördes.
NASA:s Launch Services Program arbetar med två pågående experiment med slash-vätskedynamik med partners: CRYOTE och SPHERES -Slosh. ULA har ytterligare småskaliga demonstrationer av kryogen vätskehantering planeras med projektet CRYOTE 2012–2014 som leder till ett ULA storskaligt cryo-sat drivmedelsdepåtest under NASA:s flaggskeppsteknologidemonstrationsprogram 2015. SPHERES -Slosh med Florida Institute of Technology och Massachusetts Institute of Technology kommer att undersöka hur vätskor rör sig inuti behållare i mikrogravitation med SPHERES Testbed på den internationella rymdstationen .
Slaskande i tankbilar
Vätskesvallning påverkar starkt riktningsdynamiken och säkerhetsprestandan hos motorvägstankfordon på ett mycket negativt sätt. Hydrodynamiska krafter och moment som härrör från oscillationer av flytande last i tanken under styrning och/eller bromsmanövrar minskar stabilitetsgränsen och kontrollerbarheten för delvis fyllda tankfordon . Anti-slash-anordningar såsom baffel används i stor utsträckning för att begränsa den negativa effekten av vätskeslosh på riktningsprestanda och stabilitet hos tankfordonen . Eftersom tankfartyg för det mesta transporterar farligt flytande innehåll som ammoniak, bensin och eldningsoljor är stabiliteten hos delvis fyllda flytande lastfordon mycket viktig. Optimering och sliskreduktionstekniker i bränsletankar såsom elliptisk tank, rektangulär, modifierad oval och generisk tankform har utförts i olika fyllningsnivåer med hjälp av numeriska, analytiska och analoga analyser. De flesta av dessa studier koncentrerar sig på effekterna av bafflar på slasning medan påverkan av tvärsnitt ignoreras helt.
Bloodhound LSR 1 000 mph-projektbilen använder en vätskedriven raket som kräver en speciellt förbryllad oxidationstank för att förhindra riktningsinstabilitet, rakettrycksvariationer och även skador på oxidationstanken.
Praktiska effekter
Slappande eller förskjutning av last , vattenballast eller annan vätska (t.ex. från läckor eller brandbekämpning) kan orsaka katastrofal kapsejsning i fartyg på grund av fri yta ; detta kan även påverka lastbilar och flygplan.
Effekten av slosh används för att begränsa studsningen av en rullhockeyboll . Vattenfall kan avsevärt minska studshöjden för en boll, men vissa mängder vätska verkar leda till en resonanseffekt . Många av de vanliga bollarna för rullhockey innehåller vatten för att minska studshöjden.
Se även
- Seiche , ett fenomen som påverkar sjöar och andra begränsade vattenförekomster
- Stänk (vätskemekanik) , andra fria ytfenomen
- Succussion stänk , hörbart medicinskt tecken
Andra referenser
- Meserole, JS; Fortini, A. (december 1987). "Slosh dynamics in a toroidal tank". Journal of Spacecraft and Rockets . 24 (6): 523–531. doi : 10.2514/3.25948 .
- (på engelska) NASA (1969), Slosh suppression , maj 1969, PDF, 36p
- (på engelska) NASA (1966), Dynamiskt beteende hos vätskor i rörliga containrar med applicering på drivmedel i rymdfordonsbränsletankar, 1 januari 1966, PDF, 464 s.