¿Cómo funciona el banco de pruebas dinámico Saturn V?

Puedo responder a la parte del transbordador.

La prueba en cuestión fue la Prueba de Vibración del Suelo Vertical Acoplado (MVGVT). Así es como se veía la pila en el banco de pruebas.

Se probaron cinco configuraciones

1. Despegar
2. Primera etapa (SRB adjuntas)
3. Segunda etapa temprana, media y tardía

Para la prueba de lanzamiento, los SRB se colocaron sobre soportes hidrodinámicos que "proporcionaron el soporte vertical como se muestra en la Figura 2 y seis grados de libertad para el vehículo soportado" (esta configuración se muestra en el documento vinculado a continuación, pero es mucho más borrosa que la imagen que elegí). Para la prueba de impulso (vuelo de ascenso), la pila colgaba de una enorme grúa que se unía a los puntos de conexión delanteros del SRB (esto era para el vuelo de la segunda etapa).

Los sacudidores se colocaron cerca de la mitad del cuerpo, las restricciones laterales en la parte superior e inferior de los SRB. Los agitadores hacían vibrar el vehículo a varias frecuencias y los sensores conectados por toda la pila tomaban datos sobre la respuesta.

Se usó agua para simular el oxígeno líquido en el tanque, ¡aire para el hidrógeno líquido!

Hay una enorme cantidad de detalles en el documento del que provienen la imagen y la cita, si está interesado, échele un vistazo.

Las pruebas fueron extremadamente valiosas para identificar deficiencias en el diseño. Se produjeron cambios tanto en el hardware como en el software. Los cambios más importantes que resultaron fueron:

• Los giroscopios SRB delanteros izquierdo y derecho exhibieron funciones de transferencia anormalmente altas que requirieron un rediseño estructural.

• Los valores del giroscopio de velocidad de prueba mostraron mayores variaciones de respuesta que las utilizadas en los estudios analíticos para determinar los niveles de disparo de la gestión de redundancia (RM). Para el vuelo STS-1, se aumentaron los niveles de viaje del software RM y los niveles del contador de ciclos. La rutina de aislamiento de fallas se modificó para inhibir la expulsión de RGA y acelerómetros después de la falla del primer sensor. Los cambios en el sistema de control para los otros vuelos serán: evaluados después del vuelo STS-1.

También puede leer sobre las pruebas y los cambios resultantes en el diseño en el libro de la Conferencia técnica del transbordador espacial, volumen 1 , página 325 "Características de la dinámica estructural del transbordador, análisis y verificación" (advertencia, pdf enorme)

De hecho, es difícil encontrar información sobre este edificio. Como puede ver en la foto a continuación, era parte de una instalación de prueba masiva en el Marshall Space Flight Center :

(Resumen de MSFC; Mike Jetzer/heroicrelics.org )

Se pueden encontrar algunos detalles de cómo funcionó el banco de pruebas en el formulario de nominación para el Inventario del Registro Nacional de Lugares Históricos de EE. UU .:

Cuando está en uso, el vehículo de prueba descansa sobre soportes hidrodinámicos que proporcionan un máximo de 6 grados de libertad de movimiento que se requiere cuando se prueban dinámicamente vehículos espaciales grandes. Las cargas de vibración se pueden inducir en el eje de cabeceo, guiñada o longitudinal para obtener frecuencias de resonancia y modos de flexión. Los procedimientos de apareamiento vertical entre etapas también se pueden investigar y verificar.

También se menciona en " Etapas a Saturno ":

Dynamic Test Stand, de 129 metros de altura, diseñado para acomodar la "pila" completa de Saturno de las tres etapas impulsoras, la unidad de instrumentos y la nave espacial Apolo. Dentro del banco de pruebas dinámicas, el equipo pesado sacudió [70] y golpeó el vehículo para determinar sus características de flexión y vibración durante el vuelo.

Se hace referencia a la instalación en "UN INVENTARIO DE INSTALACIONES DE INVESTIGACIÓN TERRESTRE AERONÁUTICA Volumen III - Instalaciones estructurales y ambientales" ( pdf ; página 7-54), pero no puedo encontrar la referencia allí ("Resumen de instalaciones y equipos técnicos"). Sin embargo, encontré una solicitud de patente para "APARATO DE SOPORTE PARA PRUEBAS DINÁMICAS" , que tiene la siguiente imagen:

No puedo decir con certeza si este es el banco de pruebas Saturn V, pero asumiría que la operación principal es la misma. La patente propone una solución a las limitaciones de suspender un vehículo de prueba de los cables (en particular, la forma en que esas suspensiones modifican el comportamiento dinámico del vehículo) mediante la introducción de un cojinete hidrostático especial (a base de aceite, prácticamente sin fricción). Las pruebas reales no se describen, pero de la descripción técnica podemos inferir lo siguiente:

1. El vehículo está sostenido por soportes hidráulicos independientes y autoajustables. Cada soporte consta de un cojinete hidrostático y un pistón flotante verticalmente. El pistón flotante actúa como un resorte, mientras que los cojinetes permiten que el vehículo se mueva en dirección de traslación y rotación sin fricción, simulando condiciones de flotación libre en 6 dimensiones.

(El vehículo se encuentra en la placa #31)

2. Además, se deben colocar algunos resortes en el vehículo para evitar que vuelque. Estos resortes deben ser de baja rigidez y unidos a los puntos nodales del cohete para que no afecten la dinámica.
3. Se adjunta un "agitador" al rodamiento para aplicar las vibraciones deseadas.

(La coctelera es la parte #110)

Entonces sí, sacudieron todo el cohete mientras estaba independiente (!) Sobre esos soportes.

Acabo de crear una nueva cuenta para comentar aquí, pero aparentemente necesito más reputación para comentar la dirección en una publicación anterior... Solo quería decir que Ludo tiene razón, esa patente, coescrita por mi abuelo "George von Pragenau". es de hecho lo que se utilizó para el banco de pruebas dinámicas de Saturno V. Fue el gurú de la estabilidad dinámica de la NASA durante la carrera espacial y diseñó este banco de pruebas junto con el rediseño de la maquinaria turbo (especialmente la creación de una nueva tecnología de sellado de amortiguación), todo con la intención de proporcionar una estabilidad de vuelo dinámica. Esto le permitió predecir y (en su mayoría) resolver el problema de la oscilación del pogo que casi arruinó todo el proyecto o al menos puso en grave peligro la línea de tiempo.

El banco de pruebas dinámicas realmente tenía 6 DOF ya que él personalmente tuvo el placer de mover todo el Saturn V mientras estaba en el banco con solo empujar con su dedo índice. Si bien falleció hace varios años, le hubiera encantado el interés en este tema y haber respondido cada pregunta con más información de la que probablemente deseaba. Una nota divertida más: tan recientemente como a principios de la década de 2010, los empleados de la NASA del programa Constallation se comunicaron con él para ayudarlos a comprender cómo hizo que esta prueba dinámica se mantuviera firme y resolviera los problemas de oscilación a medida que comenzaban a experimentarlos nuevamente en su prueba simulada de el ares v

¡Salud!