Tein joitain kirjekuoren takaosan laskelmia painovoimakäännöksillä. Nyt perusasiat ovat minulle selkeät (luulen), mutta tämä yksityiskohta paeta minua:
Nousun jälkeen teemme korotusvaihteen ajankohtana T + x ja aloitamme alamittaisen nopeuden. Tämän jälkeen työntövoimavektorointi palautetaan pisteeksi akselia pitkin, ja lähdetään eteenpäin nollan hyökkäyskulman kanssa … paitsi että hyökkäyskulma ei ole ehdottomasti nolla. Meidän on suunnattava itsemme uudelleen nopeusvektoria pitkin, mutta mikä on tässä tiukka muotoilu?
Pitämmekö ennalta määrättyä nousukulmaa jonkin ennalta määrätyn sekunnin ajan ja työnnämme sitten vektorin nollakohtaan?
Vai pidämmekö itseämme kiinteällä kallistuskulmalla, kunnes nopeusvektori osuu yhteen, ja aloitamme sen seuraamisen?
Vastaa
Tämä riippuu rakettisi vakaudesta. Jos rakettisi on aerodynaamisesti vakaa, mikä tarkoittaa, että sen painekeskus on massakeskipisteen takana, raketti todennäköisesti kääntyy nopeusvektorinsa (nollan hyökkäyskulman) suhteen pelkästään aerodynamiikan avulla.
Painovoimakäännös on optimoitu käsin tapahtuvaan pienimpään mahdolliseen ohjaukseen. Mikä tahansa laukaisurata täydellisen painovoiman lisäksi kuluttaa jonkin verran energiaa (potkuripolttoainetta tai vetoa evistä) muuttamaan raketin nopeusvektoria väkisin lisäämällä hyökkäyskulmaa. Heti laukaisun jälkeen tapahtuu aluksi pieni liikkumavaraus, joka kääntyy hieman pystysuoraan käännöksen suuntaan. Painovoimasta johtuva kiihtyvyys kääntää raketin nopeusvektorin ajan myötä, ja ihannetapauksessa tämä johtaa vaakasuoraan asentoon aiotun kiertoradan perigeellä. Tuulen, turbulenssin ja muiden häiriöiden kompensoimiseksi tarvitaan yleensä jonkin verran ohjausta. Tässä mukana olevat vapaat muuttujat ovat lopullinen aloitussuunta, raketin työntökäyrät, raketin aero-ominaisuudet jne.
En tiedä tarkkaa matematiikkaa tietyn painovoiman käännösten nopeuden määrittämiseksi , mutta lyön vetoa, että siihen kuuluu raketin maapallon keskellä olevan inertiaalisen kehyksen kokonaiskiihtyvyyden yksikkösuunnan saaminen, projisoimalla se raketin runko-yz (runko-x on eteenpäin) -tasolle ja kosinin tekeminen kulmanopeudelle.
Jos raketti on aerodynaamisesti epävakaa, CoP on CoM: n edessä tai marginaalisesti vakaa ja CoP on hyvin lähellä CoM: ää, aktiivista ohjausta tarvitaan painovoiman käännöksen ylläpitämiseen (yleensä tietokoneohjaus). Tämä vaatii enemmän energiaa potkureista tai evistä epävakaasta aerodynamiikasta aiheutuvien spontaanien häiriöiden korjaamiseksi. Epävakaampi tarkoittaa enemmän energiaa.
Jos raketti on epävakaa, tässä kuvatulla tavalla: https://www.rocketryforum.com/threads/open-rocket-stability-number.122399/ , kurssikorjauksiin saatetaan tarvita vielä enemmän energiaa johtuen ”sääkukan” vaikutuksesta, taipumuksesta muuttua tuuleksi. Ajattele tikkaa, jolla on suuret evät yhtäkkiä lennossa sivutuulella, ja miten se vaikuttaisi sen lentoreittiin.
Ote raketin vakauden foorumin viestistä:
Tavoitteenani on yleensä vakaus 1,0, vakaus 1 on painopiste (CG) on YKSI kaliiperi (rungon putken halkaisija) painekeskuksen (CP) edessä. Kaiken alle yhden katsotaan olevan marginaalin vakaana ja kaiken, joka on yli 1,0, yli vakaana (iirc). Yli vakaa raketti haluaa yleensä säätä (muuttua tuuleksi) vaihtelevassa määrin, vähän vakaa raketti voi tehdä kaiken paitsi lentää suoraan.
Kommentit
- Eivätkö todelliset kiertoradat ovat aerodynaamisesti epävakaita? Suuri osa tästä keskustelusta vaikuttaa soveltuvammalta rakettimalleille, jotka eivät tee painovoimia.
- Kiitos! Jonkin kaivamisen jälkeen näyttää siltä, että pyöreän kiertoradan saavuttaminen ilmakehän alapuolelta ei ole suoraviivainen toimenpide. Ilmattomalla planeetalla voisi kääntyä niin, että pystysuora työntö vain kumoaa painovoiman vastuksen miinus kulmakiihtyvyys. Kun nopeusvektori on tangentiaalinen, kiertorata on pyöreä ja työntövoimaa voidaan leikata. Painovoiman kääntäminen toisaalta ei näytä johtavan pyöreälle kiertoradalle itsestään. Tai minusta ' puuttuu jotain.
- @Elmore Tavallisessa maapallon kiertoradalla on yleensä jonkin verran poikkeamaa painovoimakäännöksestä, jotta vietettäisiin vähemmän aikaa matalalla korkeudella (suuri vastus) sekä ajoneuvon erilaiset suorituskyky- ja turvallisuusvaatimukset. Tarve ”painovoiman kääntymiselle” johtuu tarpeesta minimoida vastus minimoimalla hyökkäyskulma. Kuun kaltaisessa ilmattomassa maailmassa voi nousta ylöspäin muutaman sekunnin ajaksi lähellä olevan maaston puhdistamiseksi ja kääntyä sitten tehokkaimman aseman suhteen kiertoradan korkeuden lisäämiseksi: vaakasuora.
- @OrganicMarble En tiedä kuinka monta rakettia on aerodynaamisesti epävakaa. Mielestäni ei ole kopioita aiheesta ”Mitkä kiertoradan kantoraketit ovat aerodynaamisesti vakaita niiden laukaisukonfiguraatioissa?”Voit lähettää kysymyksen, jos haluat.
- Olen ' olen kohtuullisen varma, että vastaus on " ei ole ".