Gravitační zatáčka: Jak se přeorientovat podle nulového úhlu náběhu

To záleží na tom, jak stabilní je vaše raketa. Pokud je vaše raketa aerodynamicky stabilní, což znamená, že její střed tlaku je za těžištěm, raketa bude pravděpodobně sama aerodynamikou otočena na svůj vektor rychlosti (nulový úhel náběhu).

Gravitační otočení je optimalizováno pro co nejméně manuální manévrování. Jakákoli startovací trajektorie kromě dokonalé gravitační zatáčky spotřebovává určitou energii (tryskové palivo nebo odpor z ploutví) při nucené změně vektoru rychlosti rakety přidáním k úhlu útoku. Hned po startu je počáteční malý manévr, který je mírně mimo svislý ve směru zatáčky. Gravitační zrychlení v průběhu času změní vektor rychlosti rakety a v ideálním případě to povede k horizontálnímu postoji na perigee vaší zamýšlené oběžné dráhy. K vyrovnání větru, turbulencí a dalších poruch je obvykle zapotřebí manévrování. Zde obsažené volné proměnné jsou počáteční postoj manévru, křivky tahu na raketě, vlastnosti aero na raketě atd.

Neznám přesnou matematiku pro určení rychlosti rotace pro konkrétní gravitační zatáčku , ale vsadím se, že to zahrnuje získání jednotkového směru zemského středového setrvačného rámcového celkového zrychlení rakety, jeho promítnutí na rovinu těla yz (tělo-x je vpřed) v rovině rakety a kosinus pro úhlovou rychlost.

Pokud je raketa aerodynamicky nestabilní, s CoP před CoM, nebo okrajově stabilní, s CoP velmi blízko CoM, je pro udržení gravitačního obratu nutná aktivní kontrola (obvykle počítačové vedení). To vyžaduje více energie z trysek nebo žeber, aby se napravily spontánní poruchy z nestabilní aerodynamiky. Více nestabilní znamená více energie.

Pokud je raketa nadměrně stabilní, jak je popsáno zde: https://www.rocketryforum.com/threads/open-rocket-stability-number.122399/ pro korekci kurzu může být zapotřebí ještě více energie v důsledku efektu „Weathercock“, tendence měnit se ve vítr. Přemýšlejte o šipce s velkými ploutvemi, která najednou narazila za letu bočním větrem, a jak by to ovlivnilo její letovou dráhu.

Výňatek z příspěvku fóra o stabilitě rakety:

Obvykle usiluji o stabilitu 1,0, stabilita 1 je těžiště (CG) je JEDEN ráže (průměr tělesné trubky) před středem tlaku (CP). Cokoli menší než jedna je považováno za okrajově stabilní a vše nad 1,0 je považováno za příliš stabilní (iirc). Nestabilní rakety obvykle chtějí v různé míře zvětrávat kohoutky (otáčet se ve větru), okrajově stabilní rakety mohou dělat všechno, ale létat rovně.

Komentáře

• Nejsou nějaké skutečné orbitální rakety aerodynamicky nestabilní? Hodně z této diskuse se zdá být použitelnější pro modelové rakety, které neprovádějí gravitační otáčky.
• Díky! Po nějakém kopání se zdá, že dosažení kruhové oběžné dráhy z pod atmosféry není přímá operace. Na bezvzduchové planetě by se člověk otočil tak, aby vertikální tah pouze zrušil gravitační odpor minus úhlové zrychlení. Když je vektor rychlosti tangenciální, oběžná dráha je kruhová a lze snížit tah. Zdá se, že gravitační otočení samo o sobě nevede k kruhové oběžné dráze. Nebo mi ' něco chybí.
• @Elmore Obvykle dochází k určité odchylce od gravitačního otočení na normální oběžné dráze Země, aby bylo možné počítat s tím, že v malé výšce strávíte méně času (vysoký odpor) a různé požadavky na výkon a bezpečnost vozidla. Potřeba „gravitačního obratu“ vychází z potřeby minimalizovat odpor minimalizací úhlu náběhu. Na bezvzduchovém světě, jako je Měsíc, lze na pár sekund zrychlit nahoru, abyste vyčistili blízký terén, a pak se okamžitě obrátit k nejúčinnějšímu postoji pro zvýšení výšky oběžné dráhy: vodorovně.
• @OrganicMarble Nevím kolik raket je aerodynamicky nestabilních. Nemyslím si, že existují duplikáty „Jaké orbitální nosné rakety jsou ve své startovací konfiguraci aerodynamicky stabilní?“.Tuto otázku můžete zveřejnit, pokud chcete.
• Jsem si ' přiměřeně jistý, že odpověď je " žádná ".