Estaba haciendo algunos cálculos al revés sobre los giros de gravedad. Ahora lo básico está claro para mí (creo), pero este detalle se me escapa:
Después del despegue realizamos maniobras de pitchover en el tiempo T + x, y comenzamos a ganar velocidad hacia abajo. Después de esto, la vectorización de empuje se restablece para apuntar a lo largo del eje, y vamos, con un ángulo de ataque cero … excepto que el ángulo de ataque no es estrictamente cero. Necesitamos reorientarnos a lo largo del vector de velocidad, pero ¿cuál es la formulación estricta aquí?
¿Mantenemos el ángulo de salto predeterminado durante una cantidad predefinida de segundos y luego empujamos el vector a un ángulo de ataque cero?
¿O nos mantenemos en un ángulo de salto sólido hasta que el vector de velocidad coincida y luego comenzamos a seguirlo?
Respuesta
Esto depende de la estabilidad de su cohete. Si su cohete es aerodinámicamente estable, lo que significa que su centro de presión está detrás de su centro de masa, es probable que el cohete gire a su vector de velocidad (ángulo de ataque cero) solo por la aerodinámica.
Un giro por gravedad está optimizado para la menor maniobra manual posible. Cualquier trayectoria de lanzamiento, además de un giro perfecto por gravedad, consume algo de energía (combustible del propulsor o arrastre de las aletas) para cambiar a la fuerza el vector de velocidad del cohete al agregar al ángulo de ataque. Inmediatamente después del lanzamiento, hay una pequeña maniobra inicial para desviar ligeramente la vertical en la dirección del giro. La aceleración debida a la gravedad convierte el vector de velocidad del cohete a lo largo del tiempo y, idealmente, esto da como resultado una actitud horizontal en el perigeo de su órbita prevista. Por lo general, se requieren algunas maniobras para compensar el viento, las turbulencias y otras perturbaciones. Las variables libres involucradas aquí son la actitud final de la maniobra de inicio, las curvas de empuje del cohete, las propiedades aerodinámicas del cohete, etc.
No conozco las matemáticas exactas para determinar las tasas de rotación para un giro de gravedad en particular. , pero apuesto a que implica obtener la dirección unitaria del marco inercial centrado en la Tierra de la aceleración total del cohete, proyectar eso en el plano del cuerpo-yz (cuerpo-x es hacia adelante) y hacer un coseno para una velocidad angular.
Si el cohete es aerodinámicamente inestable, con un CoP hacia delante del CoM, o marginalmente estable, con un CoP muy cerca del CoM, se requiere un control activo para mantener el giro por gravedad (normalmente guía por computadora). Esto requiere más energía de los propulsores o aletas para corregir las perturbaciones espontáneas de la aerodinámica inestable. Más inestable significa más energía.
Si el cohete es sobreestable, como se describe aquí: https://www.rocketryforum.com/threads/open-rocket-stability-number.122399/ , es posible que se necesite incluso más energía para corregir el rumbo debido al efecto “veleta”, la tendencia a girar en dirección al viento. Piense en un dardo con aletas grandes que se golpea repentinamente en vuelo con un viento cruzado y cómo eso afectaría su trayectoria de vuelo.
Extracto de la publicación del foro de estabilidad del cohete:
Por lo general, apunto a una estabilidad de 1.0, una estabilidad de 1 es el centro de gravedad (CG) es UN calibre (diámetro del tubo del cuerpo) por delante del centro de presión (CP). Cualquier valor inferior a uno se considera marginalmente estable, y cualquier valor superior a 1.0 se considera demasiado estable (iirc). Los cohetes sobreestables generalmente quieren resistir (girar en el viento) en diversos grados, los cohetes marginalmente estables pueden hacer todo menos volar en línea recta.
Comentarios
- ¿Hay cohetes orbitales reales que no sean aerodinámicamente inestables? Gran parte de esta discusión parece más aplicable a modelos de cohetes, que no realizan giros por gravedad.
- ¡Gracias! Después de algunas excavaciones, parece que lograr una órbita circular desde debajo de una atmósfera no es una operación sencilla. En un planeta sin aire, uno giraría de modo que el empuje vertical simplemente cancele la resistencia por gravedad menos la aceleración angular. Cuando el vector de velocidad es tangencial, la órbita es circular y el empuje se puede cortar. El giro de gravedad, por otro lado, no parece conducir a una órbita circular por sí mismo. O ' me falta algo.
- @Elmore Suele haber alguna desviación de un giro de gravedad en una órbita terrestre normal para dar cuenta de pasar menos tiempo a baja altitud (alta resistencia) y diversos requisitos de seguridad y rendimiento del vehículo. La necesidad de un «giro por gravedad» proviene de la necesidad de minimizar la resistencia al minimizar el ángulo de ataque. En un mundo sin aire como la luna, uno puede impulsar hacia arriba durante unos segundos para despejar el terreno cercano y luego cambiar inmediatamente a la actitud más eficiente para aumentar la altura de la órbita: horizontal.
- @OrganicMarble No lo sé cuántos cohetes son aerodinámicamente inestables. No creo que haya ningún duplicado de «¿Qué vehículos de lanzamiento orbitales son aerodinámicamente estables en su configuración de lanzamiento?».Puede publicar esa pregunta si lo desea.
- Yo ' estoy razonablemente seguro de que la respuesta es " ninguna ".