Jeg lavede nogle back-of-the-envelope beregninger af tyngdekraftsvendinger. Nu er det grundlæggende klart for mig (tror jeg), men denne detalje undgår mig:
Efter liftoff udfører vi pitchover manouvre på tidspunktet T + x og begynder at få downrange hastighed. Herefter nulstilles trykvektorerne til at pege langs aksen, og væk går vi med nul angrebsvinkel … undtagen angrebsvinklen er ikke strengt nul. Vi er nødt til at omlægge os selv langs hastighedsvektoren, men hvad er den strenge formulering her?
Holder vi den forudbestemte pitchover-vinkel i nogle forudbestemte mængder sekunder, og presser derefter vektoren til nul angrebsvinkel?
Eller holder vi os selv i en solid pitchover-vinkel, indtil hastighedsvektoren falder sammen, og begynder vi derefter at følge den?
Svar
Dette afhænger af, hvor stabil din raket er. Hvis din raket er aerodynamisk stabil, hvilket betyder, at dens trykcenter ligger bag dens massecenter, vil raketten sandsynligvis vendes til dens hastighedsvektor (nul angrebsvinkel) alene ved aerodynamik.
En drejning af tyngdekraften er optimeret til mindst mulig manuel manøvrering. Enhver affyringsbane bortset fra en perfekt svingning af tyngdekraften bruger noget energi (thrusterbrændstof eller træk fra finner) til magtfuldt at ændre raketens hastighedsvektor ved at tilføje angrebsvinklen. Direkte efter lanceringen er der en indledende lille manøvre til lidt lodret i retning af drejningen. Accelerationen på grund af tyngdekraften drejer raketens hastighedsvektor over tid, og ideelt set resulterer dette i vandret holdning ved din planlagte banes perigee. Der kræves normalt en vis manøvrering for at kompensere for vind, turbulens og andre forstyrrelser. De frie variabler, der er involveret her, er startmanøvrenes endelige holdning, trykkurver på raketten, aeroegenskaber på raketten osv.
Jeg kender ikke den nøjagtige matematik til bestemmelse af rotationshastigheder for en bestemt tyngdekraft , men jeg vedder på, at det indebærer at få enhedens retning af den jordcentrerede inertiale rammes samlede acceleration af raketten, projicere det på raketens krop-yz (krop-x er fremad) plan og udføre en cosinus med en vinkelhastighed.
Hvis raketten er aerodynamisk ustabil, med en CoP foran CoM eller marginalt stabil, med en CoP meget tæt på CoM, kræves aktiv kontrol for at opretholde tyngdekraftsdrejningen (normalt computervejledning). Dette kræver mere energi fra thrustere eller finner for at korrigere de spontane forstyrrelser fra den ustabile aerodynamik. Mere ustabil betyder mere energi.
Hvis raketten er for ustabil, som beskrevet her: https://www.rocketryforum.com/threads/open-rocket-stability-number.122399/ , der kan være behov for endnu mere energi til kursuskorrektioner på grund af “weathercock” -effekten, tendensen til at vende sig til vinden. Tænk på en pil med store finner, der pludselig bliver ramt under flugt med en medvind, og hvordan det vil påvirke dens flyvevej.
Uddrag fra raketstabilitetsforumets indlæg:
Jeg sigter normalt mod en stabilitet på 1.0, en stabilitet på 1 er tyngdepunktet (CG) er EN kaliber (kropsrørets diameter) foran Centeret for tryk (CP). Alt mindre end en anses for at være marginalt stabil, og alt over 1.0 anses for at være for stabilt (iirc). Overstabile raketter vil normalt overvinde pik (blive til vinden) i varierende grad, marginalt stabile raketter kan muligvis gøre alt andet end at flyve lige.
Kommentarer
- Er nogen egentlige orbitale raketter ikke aerodynamisk ustabile? Meget af denne diskussion synes mere anvendelig for modelraketter, som ikke udfører tyngdekraftsvend.
- Tak! Efter nogle grave ser det ud til, at det ikke er en ligetil operation at opnå cirkulær bane nedenfra en atmosfære. På luftfri planet ville man dreje, så lodret tryk bare annullerer tyngdekraftens træk minus vinkelacceleration. Når hastighedsvektoren er tangentiel, er kredsløb cirkulær, og tryk kan skæres. Gravity turn på den anden side ser ikke ud til at føre ind i en cirkulær bane i sig selv. Eller jeg ' mangler noget.
- @Elmore Der er normalt en vis afvigelse fra tyngdekraften på en normal jordbane for at tage højde for at bruge mindre tid i lav højde (høj træk) og diverse krav til ydeevne og sikkerhed til køretøjer. Behovet for en “drejning af tyngdekraften” kommer fra et behov for at minimere træk ved at minimere angrebsvinklen. På en luftløs verden som månen kan man løfte sig opad i nogle få sekunder for at rydde nærliggende terræn og derefter straks vende sig til den mest effektive holdning til at øge banehøjden: vandret.
- @ OrganicMarble Jeg ved ikke hvor mange raketter er aerodynamisk ustabile. Jeg tror ikke, der er duplikater af “Hvilke banebrydende køretøjer er aerodynamisk stabile i deres lanceringskonfiguration?”.Du kan sende dette spørgsmål, hvis du vil.
- Jeg ' Jeg er rimelig sikker på, at svaret er " intet ".