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Ingeniare. Revista chilena de ingeniería

versión On-line ISSN 0718-3305

Ingeniare. Rev. chil. ing. v.14 n.3 Arica dic. 2006

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-33052006000200009 

 

Ingeniare. Revista chilena de ingeniería, vol. 14 No 3, 2006, pp. 251-264

ARTÍCULOS

NOISE AND VIBRATION OF SPACECRAFT STRUCTURES

RUIDO Y VIBRACIÓN DE ESTRUCTURAS DE VEHÍCULOS ESPACIALES

 

Jorge P. Arenas1   Ravi N. Margasahayam2

1 Institute of Acoustics, Universidad Austral de Chile, PO Box 567, Valdivia, Chile, jparenas@uach.cl

2 John F. Kennedy Space Center, NASA, Florida, U.S.A., Ravi.N.Margasahayam@nasa.gov


RESUMEN

El lanzamiento de los vehículos espaciales genera condiciones extremas, tales como de vibración y acústica, que pueden afectar la torre de lanzamiento, los vehículos espaciales y sus cargas. El ruido en el despegue y durante los dos minutos de ascenso y fase transónica causa intensas cargas acústicas. Estas cargas acústicas son el resultado del intenso medio ambiente acústico generado por la interacción del chorro de salida del motor del cohete y su mezcla con la atmósfera. Los choques pirotécnicos, que ocurren cuando las etapas de un vehículo espacial se separan, causan problemas adicionales de vibración. En este artículo se presenta una revisión de los principales aspectos relacionados con los problemas de ruido y vibración vividos por las estructuras de las naves espaciales. La mayoría de la información está basada en las experiencias con el trasbordador espacial en el Centro Espacial John F. Kennedy (KSC), de la NASA. Además, se presenta una revisión de la investigación en vibroacústica realizada en el KSC. Estos programas de investigación apuntan a diseñar futuras instalaciones de lanzamiento de naves espaciales, en donde los costos y el ruido de los cohetes durante el despegue sean reducidos significativamente.

Palabras clave: Ruido y vibración de cohetes, fatiga estructural, trasbordador espacial, vibroacústica.


ABSTRACT

The launch of space craft generates extreme conditions, such as vibrations and acoustics that can affect the launch pad, space craft, and their payloads. The noise at launch and during the two-minute liftoff and transonic climb phase causes intense acoustic loads. These acoustic loads are the result of an intense acoustic environment generated by the interaction of the rocket-engine exhaust stream mixing with the atmosphere. Pyroshocks, that occur when spacecraft vehicle stages separate, cause additional vibration problems. In this article, an overview of the main aspects related to noise and vibration problems experienced by spacecraft structures is presented. Most of the information is based on the Space Shuttle experiences at the NASA's John F. Kennedy Space Center (KSC). In addition, a review of the vibroacoustic research being conducted at KSC is presented. These research programs are aimed at designing future space launch facilities, where cost and rocket exhaust launch noise are significantly reduced.

Keywords: Rocket noise and vibration, structural fatigue, space shuttle, vibroacoustics.



ACKNOWLEDGMENTS

Most of the research described in this article has been sponsored by The NASA John F. Kennedy Space Center (KSC). The authors extend their sincere appreciation to all NASA KSC management for their continued support and, in particular, to Mr. Roy Bridges, Jr., Astronaut and former Director, NASA KSC. Special thanks are due to Nina Ravi, for searching and selecting some of the photographs.

REFERENCES

[1] M.J. Crocker. "The Vibroacoustic Environment of Spacecraft During Launch and Flight". Sound and Vibration. Vol. 36 No 6, pp. 5. 2002.         [ Links ]

[2] R.N. Margasahayam and R. Caimi. "Launch Pad Vibroacoustics Research at the Kennedy Space Center". Sound and Vibration. Vol. 36 No 6, pp. 28-33. 2002.         [ Links ]

[3] R.H. Lyon and R.G. DeJong. "Theory and Application of Statistical Energy Analysis". Boston: Butterworth-Heinemann. Second Edition. 1995.         [ Links ]

[4] J.T. Broch. "Mechanical Vibration and Shock Measurements". Naerum: Bruel & Kjaer. 1984.         [ Links ]

[5] J.T. Reason and J.J. Brand. "Motion Sickness". London: Academic Press. 1976.         [ Links ]

[6] "Evaluation of exposure to whole-body, z-axis, vertical vibration in the frequency range 0.1 to 1.0 Hz". ISO draft addendum to ISO 2631. 1997.         [ Links ]

[7] R.W. McLeod and M.J. Griffin. "Effects of whole-body vibration wave from and display collimation on the performance of a complex manual control task". Aviation, Space and Environmental Medicine. Vol. 61 No 3, pp. 211-219. 1990.         [ Links ]

[8] P.J.E. Forsyth. "The physical basis of metal fatigue". London: Blackie and Son. 1969.         [ Links ]

[9] W.J. Kacena and P.J. Jones. "Fatigue prediction of structures subjected to random vibration". Shock and Vibration Bulletin. Vol. 46 No 3, pp. 87-96. 1976.         [ Links ]

[10] W.O. Hughes and M.E. McNelis. "Recent advances in vibroacoustics". Sound and Vibration. Vol. 36 No 6, pp. 20-27. 2002.         [ Links ]

[11] W.O. Hughes and M.E. McNelis. "Cassini/Titan IV acoustic blanket development and testing". NASA TM- 107266. Julio 1996.         [ Links ]

[12] T.D. Scharton. "Vibration and acoustic testing of spacecraft". Sound and Vibration. Vol. 36 No 6, pp. 14-18. 2002.         [ Links ]

[13] "Sonic and vibration environments from ground facilities - a design manual". NAS-11217. Marzo 1968.         [ Links ]

[14] "Environments and test specification levels ground support equipment for space shuttle system launch complex 39". GP-1059. Kennedy Space Center . 1976.         [ Links ]

[15] "Procedure and criteria for conducting dynamic analysis of the orbiter weather protection structure". KSC-DM-3147. Septiembre 1987.         [ Links ]

[16] "Computation of generalized modal loads in an acoustic field defined by a distribution of correlated pressures". KSC-DM-3265. Agosto 1989.         [ Links ]

[17] "Validation of a deterministic vibroacoustic response prediction model". NASA-TM-112649. Abril 1997.         [ Links ]

[18] R.N. Margasahayam, R. E. Caimi and S. Hauss. "Rocket launch trajectory simulation mechanism". in Proc. ICSV9. Orlando , Florida . Julio 2002.         [ Links ]

[19] Reported in Spaceport News/KSC. Vol. 42 No 24. Noviembre 2003.         [ Links ]

[20] C. Faszer, R. Margasahayam and R. MacDonald. "Space Shuttle Crawler Transporter Sound Attenuation Study". Proc. Inter-Noise. 2004.         [ Links ]

[21] "Crawler Transporter (CT) Tread Belt Shoe - Test Data Analysis, Structural and Fatigue Analysis Summary". NASA/KSC Internal Document. Mayo 2004.         [ Links ]

[22] K.A. Meyer, S.M. Nerolich, R.C. Burton, A.M. Gosselin and R.N. Margasahayam. "Space shuttle crawler transporter vibration analysis in support of rollout fatigue load spectra verification program". Proc. ICSV11. St. Petersburg . Julio 2004.         [ Links ]

[23] K.A. Meyer, R.C. Burton, A.M. Gosselin and R.N. Margasahayam. "Space shuttle crawler transporter truck shoe qualification tests and analysis for return-to-flight". Proc. ICSV12, Lisbon . Julio 2005.         [ Links ]


Recibido el 5 de agosto de 2005, aceptado el 11 de septiembre de 2006