Quelle est lefficacité des ailerons de grille du 1er étage du Falcon 9 au cours des dernières secondes avant latterrissage?
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Cette réponse présente les trois méthodes utilisées par le Falcon 9 1er étage pour le contrôle dattitude lors de la rentrée et de latterrissage. Ce sont: des jets dazote froids, des ailettes de grille « hypersoniques », et des vecteurs de poussée des moteurs.
On y fait remarquer que les ailettes de la grille se déplacent même dans les dernières secondes de latterrissage. Jai suggéré que, comme les bras avant du Tyrannosaurus Rex – ils peuvent bouger quand il bouge, mais cela ne signifie pas quils font nécessairement quelque chose dutile.
Les questions suivantes et leurs réponses sont pertinentes:
In ce Tweet et cette image, Elon Musk les appelle « ailerons de grille hypersonique « .
Ma question est Quelle est lefficacité de Falcon 9 ailerons de grille de 1er étage dans les dernières secondes avant latterrissage ?
Je recherche quelque chose de quantitatif, et avec une sorte d’informations complémentaires, plutôt que des opinions. Merci!
Les vitesses sont au maximum de quelques centaines de km / h et bien sûr jusquà zéro. Mon sentiment est que, comme ils sont en fait assez petits et principalement des trous, à ces vitesses ils ne sont pas significativement efficaces, mais ils continuent de bouger de toute façon car il est simplement plus sûr de ne rien avoir dans le code de contrôle qui les désactive, réduisant ainsi un mode déchec possible.
Je crois aussi que dans les dernières secondes avant latterrissage, où la vitesse est un temps de correction dattitude bas et rapide est crucial, seule la vectorisation de poussée est utile pour le contrôle dattitude du 1er étage du Falcon 9.
Donc si ils le sont en effet inefficace à la fin, des points bonus pour expliquer pourquoi ils continuent de bouger! 🙂
Voici une vidéo dun test précoce de larticulation (aucune vache na été blessée). Vers 01h20, ils tournent et la fusée commence à rouler également. Est-ce la cause et leffet? Est-ce la bonne direction?:
Commentaires
En règle générale, les Grid Fins sont bons pour le vol subsonique et supersonique. Ils ne sont pas très bons avec le vol transsonique. Ce qui leur manque en taille, ils le composent en nombre. Ils sont cependant un peu traînants, mais cest une bonne chose ici.
@ tl8 Bon à savoir! Lorsquelles sont transsoniques, savez-vous si elles causent des problèmes ou un comportement erratique, ou ne sont-elles tout simplement pas efficaces pour la direction à ce stade?
Les cônes damortisseur empêchent un flux dair efficace à travers les ailettes. Je crois comprendre que cest là que se produit la traînée maximale. en.wikipedia.org/wiki/Grid_fin
@ tl8 … discuté dans Gagarine '
" Vers 01h20, ils tournent et la fusée commence à rouler comme bien " En fonction de la direction dans laquelle ils ' tournent, il me semble quils ' essayez en fait darrêter le roulis.
Réponse
Les ailettes de la grille sont une surface de contrôle critique pour le retour de la première étape du Falcon 9, mais ne sont utiles que pendant certaines parties du vol après la séparation de la deuxième étape.
Les ailettes de la grille ne fournissent pratiquement aucune autorité de contrôle à létape de descente dans les dernières secondes de le processus datterrissage, une fois que le «brûlage datterrissage» a commencé. Avec la combustion datterrissage en fonctionnement, la fusée a une autorité de contrôle considérable (pointage directionnel, ainsi que réduction de la vitesse de descente) du mécanisme de cardan sur le (s) moteur (s) de fusée.
Cependant, les ailettes de la grille étaient la surface de contrôle critique pendant certaines phases de la partie antérieure de la rentrée. Permettez-moi de le décomposer par phases:
hors de latmosphère , pendant environ la minute initiale du vol post-séparation: les ailettes de la grille sont inutiles , car leur masse atmosphérique est insuffisante pour interagir avec.
entrée atmosphérique , au fur et à mesure que la descente se poursuit et que le tout début du « plus épais « latmosphère est rencontrée.Les ailerons de grille sont possiblement dun certain avantage, mais limités par la haute atmosphère encore remarquablement mince.
rencontrant latmosphère plus dense , cest là que les surfaces de la scène commenceraient à chauffer excessivement, suffisant pour provoquer dommage si non traité. Lapproche novatrice de SpaceX consiste à tirer trois des neuf moteurs du premier étage pour rentrer «rétropulsivement» dans latmosphère. Une grande partie de lautorité de contrôle est disponible pour létage descendant des moteurs de fusée à cardan. Les ailettes de la grille sont inutiles dans cette phase de la descente.
descente supersonique à haute altitude et à grande vitesse Les ailerons de grille fonctionnent bien en régime de vol supersonique et sont très utile ici, ainsi que la seule méthode dont dispose la fusée pour lautorité de contrôle à ce stade.
vol transsonique . Cest là que la fusée passe de la vitesse supersonique à la vitesse subsonique (simplement en raison de la traînée atmosphérique qui ralentit continuellement la scène descendante), et rencontre beaucoup de «buffet transsonique», où une partie des surfaces de la fusée sont en flux supersonique tandis que dautres parties rencontrent un écoulement subsonique. Les ailettes de la grille sont généralement assez inefficaces en régime transsonique.
descente subsonique . Une fois que létage de la fusée est inférieur à une vitesse denviron Mach 0,9 à Mach 0,8, les ailettes de la grille sont à nouveau très utile et les seules surfaces de contrôle disponibles pour aider à « pointer » la fusée jusquà ce que latterrissage brûle. La fusée continue de décélérer initialement en raison à la traînée atmosphérique, jusquau moment où la force de gravité sur létage descendant est égale à la force de traînée sur létape; à ce stade, létape rea ches ce que lon appelle la « vitesse terminale ». Les ailettes de la grille sont utiles pendant tout cela.
atterrissage en feu : la valeur des ailettes de la grille diminue rapidement car la vitesse diminue rapidement de plusieurs centaines de kilomètres par heure de vitesse terminale à moins de quelques mètres par seconde. Lefficacité des ailettes de grille est fonction de la vitesse du flux dair, donc les ailettes de grille font vraiment peu ou rien dans les dernières secondes de la descente et de latterrissage .
Commentaires
Cela semble avoir létoffe dune réponse de premier ordre, merci !! Mais pouvez-vous ajouter une sorte de lien pour sauvegarder " … pratiquement aucune autorité de contrôle … dans les dernières secondes du processus datterrissage, une fois le ' atterrissage brûlé ' a commencé. " le différencier dune opinion? Cest ' mon sentiment aussi, mais jai ' posé la question parce que jai ' m cherche quelque chose que je peux citer. Par ailleurs, voulez-vous dire une seule fois " dans les dernières secondes " ou la totalité de " le " brûlage datterrissage " a commencé " également? Quand vous dites " Lefficacité des ailerons de grille est fonction de la vitesse du courant dair " – quelle fonction? Y a-t-il un tracé de celui-ci?
De plus, la vidéo de la question montre les ailettes de la grille ' apparaissant ' pour faire quelque chose à faible vitesse, et comme indiqué ici , le texte de cet article leur suggère affectent le rouleau.
Hmm. Ma réponse est davantage basée sur la physique, donc je nai ' pas de lien. Mais votre question est bonne. Je pense que la meilleure réponse est: lautorité de contrôle de quatre ailettes de grille de la taille dune porte une fois que la vitesse de descente est faible dans ces dernières secondes est simplement un ordre de grandeur ou deux plus petit que la force xy (latérale) possible sur le bas de la scène disponible. du ou des moteurs à cardan, qu’un ou trois moteurs soient allumés.
OK, cela a un sens pour moi, d’où la métaphore des pattes avant du tyrannosaure. Si je comprends bien, les caractéristiques du motif de grille peuvent être considérées (à peu près au moins) comme des profils aérodynamiques, et en tant que tel, leur effet devrait-il être une ( encore une fois en gros ) fonction linéaire de la vitesse? Peut-être pouvez-vous ajouter une estimation approximative de la vitesse des dernières secondes par rapport aux vitesses où elles sont vraiment efficaces? Les réponses basées sur la physique peuvent également utiliser des nombres!
