¿Qué tan efectivas son las aletas de parrilla de la 1.a etapa del Falcon 9 en los últimos segundos antes del aterrizaje?
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Esta respuesta analiza los tres métodos que la primera etapa del Falcon 9 usa para el control de actitud durante el reingreso y el aterrizaje. Son: chorros de nitrógeno frío, aletas de rejilla «hipersónicas» y vectorización de empuje de los motores.
Allí se señala que las aletas de la rejilla se mueven incluso en los últimos segundos de aterrizaje. sugerí que, al igual que los brazos delanteros del Tyrannosaurus Rex, pueden moverse cuando se mueve, pero eso no significa que necesariamente estén haciendo algo útil.
Las siguientes preguntas y sus respuestas son relevantes:
En este Tweet y la imagen, Elon Musk los llama « aletas de rejilla hipersónicas «.
Mi pregunta es ¿Qué tan efectivos son los Falcon? 9 aletas de la parrilla de la primera etapa en los últimos segundos antes del aterrizaje ?
Estoy buscando algo cuantitativo y con algún tipo de información de apoyo, en lugar de opiniones. ¡Gracias!
Las velocidades son como máximo unos cientos de kilómetros por hora y, por supuesto, hasta cero. Mi sensación es que, dado que en realidad son bastante pequeños y en su mayoría agujeros, a estas velocidades no son significativamente efectivos, pero siguen moviéndose de todos modos porque simplemente es más seguro no tener nada en el código de control que los apague, reduciendo así un posible modo de falla.
También creo que en los últimos segundos antes del aterrizaje, donde la velocidad Si el tiempo de corrección de actitud es bajo y rápido es crucial, solo la vectorización de empuje es útil para el control de actitud de la 1.a etapa del Falcon 9.
Entonces si están de hecho, ineficaz al final, ¡puntos de bonificación por una explicación de por qué siguen moviéndose! 🙂
Aquí hay un video de una prueba temprana de la articulación (ninguna vaca resultó herida). Alrededor de las 01:20 giran, y el cohete comienza a rodar también. ¿Es esto causa y efecto? ¿Es la dirección correcta ?:
Comentarios
Como regla general, las Grid Fins son buenas para vuelos subsónicos y supersónicos. No son muy buenos con el vuelo trans-sónico. Lo que les falta en tamaño, lo compensan en número. Sin embargo, son un poco arrastrados, pero eso es algo bueno aquí.
@ tl8 ¡Está bien, es bueno saberlo! Cuando son trans-sónicos, ¿sabe si causan problemas o un comportamiento errático, o simplemente no son una dirección efectiva en ese punto?
Los conos de choque impiden el flujo de aire efectivo a través de las aletas. Tengo entendido que es cuando es el pico de resistencia. en.wikipedia.org/wiki/Grid_fin
@ tl8 … discutido en Gagarin ' s tesis! Nunca hubiera pensado que hubiera un artículo de Wikipedia sobre las aletas de cuadrícula, gracias.
" Alrededor de las 01:20 giran y el cohete comienza a rodar como bueno " Según la dirección en la que ' están girando, me parece que ' en realidad está tratando de detener el rollo.
Respuesta
Las aletas de la rejilla son una superficie de control crítica para el devolviendo la primera etapa del Falcon 9, pero solo son útiles durante ciertas partes del vuelo después de que la segunda etapa se ha separado.
Las aletas de la parrilla no proporcionan prácticamente ninguna autoridad de control a la etapa descendente en los segundos finales de el proceso de aterrizaje, una vez que ha comenzado la «quema de aterrizaje». Con la quema de aterrizaje en operación, el cohete tiene una autoridad de control considerable (apuntar direccional, así como reducir la velocidad de descenso) del mecanismo de estabilización en el motor o motores del cohete.
Sin embargo, las aletas de la rejilla eran la superficie de control crítica durante algunas fases de la parte anterior de la reentrada. Déjame dividirlo por fases:
fuera de la atmósfera , durante el minuto inicial del vuelo posterior a la separación: las aletas de la rejilla son inútiles , ya que no hay suficiente masa atmosférica para ellas para interactuar.
entrada atmosférica , a medida que continúa el descenso y el comienzo de la «más gruesa «Se encuentra la atmósfera.Las aletas de rejilla son posiblemente de algún beneficio, pero limitadas por la atmósfera superior aún notablemente delgada.
encontrando la atmósfera más densa , aquí es donde las superficies del escenario comenzarían a calentarse excesivamente, lo suficiente para causar daño si no se corrige. El enfoque novedoso de SpaceX es encender tres de los nueve motores de la primera etapa para volver a entrar en la atmósfera «retropropulsivamente». Mucha autoridad de control está disponible para la etapa descendente de los motores de cohete cardán. Las aletas de la rejilla son innecesarias en esta fase del descenso.
descenso supersónico de gran altitud y alta velocidad Las aletas de rejilla funcionan bien en el régimen de vuelo supersónico y son muy útil aquí, así como el único método que tiene el cohete para controlar la autoridad en este momento.
Vuelo transonic. Aquí es donde el cohete pasa de velocidad supersónica a subsónica (simplemente debido a la resistencia atmosférica que está frenando continuamente la etapa descendente) y se encuentra con una gran cantidad de «buffet transónico», donde parte de las superficies del cohete están en flujo supersónico. mientras que otras partes están encontrando flujo subsónico. Las aletas de la cuadrícula son generalmente bastante ineficaces en el régimen transónico.
descenso subsónico . Una vez que la etapa del cohete está por debajo de la velocidad de Mach 0,9 a Mach 0,8, las aletas de la rejilla están una vez más muy útil y las únicas superficies de control disponibles para ayudar a «apuntar» el cohete hasta que se inicie la quema de aterrizaje. El cohete continúa desacelerando inicialmente debido a la resistencia atmosférica, hasta el momento en que la fuerza de gravedad en la etapa descendente es igual a la fuerza de la resistencia ches lo que se llama «velocidad terminal». Las aletas de la rejilla son útiles durante todo esto.
aterrizaje quemar disparar : el valor de la aleta de la rejilla cae rápidamente a medida que la velocidad disminuye rápidamente desde los varios cientos de kilómetros por hora de velocidad terminal a menos de unos pocos metros por segundo. La efectividad de la rejilla es una función de la velocidad de la corriente de aire, por lo que las rejillas realmente hacen poco o nada en los últimos segundos del descenso y el aterrizaje .
Comentarios
Parece que tiene los ingredientes de una respuesta de primera, ¡¡gracias !! Pero, ¿puedes agregar algún tipo de enlace para hacer una copia de seguridad de " … prácticamente ninguna autoridad de control … en los segundos finales del proceso de aterrizaje, una vez que ' aterrizaje quema ' ha comenzado. " para diferenciarlo de una opinión? Ese ' también es lo que siento, pero ' hice la pregunta porque ' m buscando algo que pueda citar. Además, ¿te refieres a solo " en los segundos finales " o todo " una vez el " aterrizaje quema " también ha comenzado "? Cuando dice " La eficacia de la aleta de la rejilla es una función de la velocidad de la corriente de aire ", ¿qué función? ¿Hay una trama?
Además, el video de la pregunta muestra las aletas de la cuadrícula ' que aparecen ' hacer algo a baja velocidad, y como se menciona aquí , el texto en este artículo sugiere que están afectando el rollo.
Hmm. Mi respuesta se basa más en la física, por lo que ' no tengo un enlace. Pero tu pregunta es buena. Creo que la mejor respuesta es: la autoridad de control de cuatro aletas de rejilla del tamaño de una puerta una vez que la velocidad de descenso es baja en esos segundos finales es simplemente un orden de magnitud o dos más pequeña que la posible fuerza xy (lateral) disponible en la parte inferior del escenario. del motor (es) cardán, si uno o tres motores están encendidos.
Está bien, eso tiene sentido para mí, de ahí la metáfora de las patas delanteras del tiranosaurio. Si entiendo correctamente, las características dentro del patrón de cuadrícula se pueden pensar (aproximadamente al menos) como superficies aerodinámicas, y como tales, ¿su efecto debería ser una ( nuevamente aproximadamente ) función lineal de velocidad? ¿Quizás pueda agregar una estimación aproximada de la velocidad en los últimos segundos frente a las velocidades en las que son realmente efectivas? ¡Las respuestas basadas en la física también pueden usar números!
