Pregunta:
¿Es útil la elevación aerodinámica en el vuelo de un cohete?
uhoh
2016-07-09 13:32:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Cuando un cohete viaja a través de una atmósfera, el componente de la fuerza aerodinámica en la dirección del movimiento se llama arrastre y el componente perpendicular a ese se llama sustentación . Por lo general, un cohete apunta en casi la misma dirección que el movimiento, pero no necesariamente exactamente. Vea la ilustración de la NASA a continuación.

Para la simulación y para la guía y el control de vuelo, la consideración de la sustentación es esencial. La elevación es, por tanto, importante.

Sin embargo, mi pregunta: ¿es alguna vez la elevación útil cuando los cohetes viajan en una atmósfera?

Y aquí, me refiero a cohetes "en forma de cohete"; no cohetes con forma de automóvil o de avión, sino cohetes largos, aproximadamente simétricos cilíndricos que tienden a volar desde altitudes bajas hacia el espacio. (sí, y con más frecuencia en estos días, retroceda nuevamente).

Imagen de https://spaceflightsystems.grc.nasa.gov/education/rocket/rktstab.html

NASA Rocket Forces

¿Asumo que está descartando a Pegaso como un "cohete en forma de avión"?
@OrganicMarble por aquí, por ahora, sí. Una búsqueda me llevó a este interesante video: [https://www.youtube.com/watch?v=oY3GclS5VUQ](https://www.youtube.com/watch?v=oY3GclS5VUQ), y luego a [this pregunta] (http://space.stackexchange.com/q/17108/12102).
Si hay aletas y desvían el flujo de aire para causar una fuerza perpendicular a la dirección de vuelo (digamos, para la dirección), eso sería elevación. También causa arrastre.
Esto está relacionado con el CG y el CP mencionados en la respuesta en contra (que yo voté a favor). Esto también podría suceder, en sentido pasivo, con un cohete cilíndrico sin aletas.
@Steve net lift, no solo torque. Los cohetes tienen componentes y cada uno puede experimentar alguna fuerza lateral. Cada pieza del panel lateral puede experimentar fuerzas aerodinámicas, pero si integra 360 grados alrededor de la circunferencia y suma cero debido a la simetría, ¿llamará a eso elevación?
Es elevación, incluso si es una fuerza de dirección * momentánea *. Solo actúa en una dirección.
Depende de cuánto tiempo integre, cuánto tiempo esté mirando. En un instante, podría trazar los vectores y ver una pequeña flecha empujando hacia un lado en la parte inferior del cohete.
Según la definición de su pregunta, eso es elevación.
De acuerdo, en mi pregunta y dos respuestas diferentes, todos de alguna manera excluimos las fuerzas de estabilización promediadas a cero de las aletas que usan algunos cohetes, pero sus cinco comentarios señalan que esto es, de hecho, un uso de la sustentación. Tienes razón, voté mal. Tan pronto como se edite la respuesta de @FredCheers, podré revertirla. ¡Gracias por tu perseverancia!
Yo diría que el levantamiento de cuerpo es la mejor manera de hacer que los microcohetes de la rabia actual se eleven por encima de la atmósfera inferior.
Tres respuestas:
Mark Adler
2016-07-09 20:18:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Hasta donde yo sé, no. Para hacer un cohete cilíndrico lo más liviano posible, se vuelan para minimizar las cargas laterales a la estructura, lo más cerca posible de un ángulo de ataque cero. Si quisieran utilizar la elevación, aumentaría la masa de la estructura para poder absorber fuerzas de arrastre sustanciales desde el costado. No habría un beneficio suficiente de la elevación de una estructura cilíndrica para compensar ese aumento de masa.

Las alas u otras superficies de elevación por otro lado (que está descartando), podrían potencialmente proporcionar algún beneficio en el primeras partes del ascenso. Ese fue el caso de Pegasus.

Realmente me gusta esta respuesta: dos oraciones para recorrer el argumento de la física y la conclusión práctica de la ingeniería. Tan fácil de recordar como un mate. [https://en.wikipedia.org/wiki/Slam_dunk#Notable_Dunks](https://en.wikipedia.org/wiki/Slam_dunk#Notable_Dunks)
Tuve que dar el 'aceptar' a la respuesta de @RussellBorogove. Si bien, como supuso correctamente, mi interés principal es el lanzamiento con motor, la pregunta en realidad no tiene esa restricción.
FredCheers
2016-07-09 16:43:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Tú mismo lo dijiste: Levantar es importante para guiar y controlar. De hecho, un cohete está diseñado de tal manera que el centro de presión está detrás del centro de gravedad. La distancia entre CG y CP también se denomina margen de estabilidad de calibre medido en calibre de cohete.

Puede usar las aletas de un cohete para controlar la dirección y magnitud de la fuerza de sustentación y, por lo tanto, cambiar la posición de la centro de presión y por lo tanto la estabilidad de su cohete en la atmósfera.

Por lo tanto, sí, la elevación es útil.

@Steve me convenció de que tienes razón. Muchos, si no la mayoría, de los diseños de cohetes utilizados para la exploración espacial han renunciado a la estabilidad pasiva como esa, y en su lugar utilizan muchos sensores, una computadora y vectorización de empuje. Pero tienes razón, el levantamiento también se puede usar para estabilizar la pelea. No puedo deshacer mi voto negativo hasta que se edite la pregunta (la interfaz de usuario de stackexchange lo hace cumplir); si puede hacer un cambio trivial, entonces puedo hacerlo.
De acuerdo, hice una edición nominal para poder cambiar mi voto.
Russell Borogove
2016-07-09 22:44:32 UTC
view on stackexchange narkive permalink

La pesca con caña para conseguir sustentación aumentará la sección transversal atmosférica del cohete y, por lo tanto, aumentará la resistencia. Para cualquier ángulo de ataque razonable, la fuerza de arrastre será mucho mayor que la fuerza de sustentación, así que creo que para el ascenso motorizado tiene más sentido minimizar el arrastre, lo que significa cero AoA y cero sustentación. Esto también, como señala Mark Adler, minimiza las tensiones laterales en el vehículo, lo que permite minimizar el peso estructural.

Tenga en cuenta que las pérdidas totales de arrastre en un gran cohete en ascenso a LEO son pequeñas: para Saturno V, aproximadamente el 0,5% del gasto total en ∆v. Dado que el levantamiento de bajo AoA es una pequeña fracción de la resistencia, cualquier ganancia del levantamiento del cuerpo sería extremadamente pequeña.

Por supuesto, tiene que haber pequeñas excursiones desde cero AoA durante un ascenso motorizado (aunque con suerte solo pequeñas); estos deben tener un AoA positivo para aprovechar la poca elevación que hay.

Dicho esto, la elevación es útil para dirigir durante un vuelo sin motor; la primera etapa del Falcon 9 utiliza la elevación del cuerpo para controlar su vuelo descendente a un ASDS. También es muy importante para el control de los vehículos de reentrada, pero esos no son "cohetes con forma de cohete", por lo que están fuera del alcance de su pregunta.

Un argumento * para el uso * de la elevación podría ser el siguiente. Arrastre vs ángulo es casi plano (cuadrático o al menos simétrico) cerca del ángulo cero, mientras que la sustentación es aproximadamente lineal. Por lo tanto, ángulos suficientemente pequeños darán una elevación "casi libre" en relación con el cambio de resistencia. El argumento contrario dado por @MarkAdler como usted menciona es que llevar la mayor masa de la estructura del avión necesaria para acomodar la carga lateral adicional terminará costando más de lo que cualquier ascensor podría compensar.
Es bueno saber la pequeñez ∆v impacto de la resistencia en el Saturn V. Estoy interesado en el otro extremo de la escala, los vehículos de lanzamiento más pequeños (más) donde la resistencia se volverá mucho más significativa. Encontré esta [pregunta] (http://space.stackexchange.com/q/2043/12102) y [respuesta] (http://space.stackexchange.com/a/2044/12102) en los * ejemplos más pequeños * . Recuerdo haber visto una pregunta sobre el lanzamiento * más pequeño posible * al vehículo en órbita, pero no puedo encontrarlo ahora.
Además, felicitaciones por notar que la respuesta a "* ¿es útil la elevación cuando los cohetes viajan en una atmósfera? *" * Es en realidad * ** sí **, un ejemplo es la asistencia en el control de reentrada de los cuerpos de los cohetes, el más siendo notable el regreso a la tierra en la primera etapa de Falcon 9 y el aterrizaje controlado en una diana para su reutilización. :-)
Una vez que domine la guía de inserción orbital en mi simulación, tal vez abordaré la simulación de elevación (actualmente pretende que AoA siempre es cero) y veré si hay alguna ventaja en mantener un pequeño ángulo positivo.
Solo para su información, escuché a Declan Murphy de [flightclub.io] (https://www.flightclub.io/) mencionar el uso de la elevación en la trayectoria de retorno de F9 en el episodio TMRO [Los hermosos datos de los lanzamientos de cohetes] (https: //www.tmro.tv/2016/10/16/beautiful-data-rocket-launches/) después de las 32:10. enlace directo de youtube: https://youtu.be/WpcbFdSB_Ik?t=1930


Esta pregunta y respuesta fue traducida automáticamente del idioma inglés.El contenido original está disponible en stackexchange, a quien agradecemos la licencia cc by-sa 3.0 bajo la que se distribuye.
Loading...