Je faisais des calculs en arrière-plan sur les tours de gravité. Maintenant, les bases sont claires pour moi (je pense), mais ce détail méchappe:
Après le décollage, nous effectuons une manœuvre de pitchover au temps T + x, et commençons à gagner de la vitesse en aval. Après cela, la vectorisation de la poussée est réinitialisée pour pointer le long de laxe, et cest parti, avec un angle dattaque nul … sauf que langle dattaque nest pas strictement nul. Nous devons nous réorienter le long du vecteur vitesse, mais quelle est la formulation stricte ici?
Maintenons-nous langle de tangage prédéterminé pendant un certain nombre de secondes prédéfini, puis le vecteur de poussée à un angle dattaque nul?
Ou devons-nous nous maintenir à un angle de tangage solide jusquà ce que le vecteur de vitesse coïncide, puis commencer à le suivre?
Réponse
Cela dépend de la stabilité de votre fusée. Si votre fusée est aérodynamiquement stable, ce qui signifie que son centre de pression est derrière son centre de masse, la fusée sera probablement tournée vers son vecteur vitesse (angle dattaque nul) uniquement par laérodynamique.
Un virage gravitaire est optimisé pour la moindre manœuvre manuelle possible. Toute trajectoire de lancement en plus dun tour de gravité parfait consomme de lénergie (carburant du propulseur ou traînée des ailettes) pour modifier de force le vecteur de vitesse de la fusée en ajoutant à langle dattaque. Immédiatement après le décollage, il y a une petite manœuvre initiale pour légèrement décaler la verticale dans le sens du virage. L’accélération due à la gravité fait tourner le vecteur de vitesse de la fusée au fil du temps et, idéalement, cela se traduit par une attitude horizontale au périgée de votre orbite prévue. Des manœuvres sont généralement nécessaires pour compenser le vent, la turbulence et dautres perturbations. Les variables libres impliquées ici sont lassiette finale de la manœuvre de départ, les courbes de poussée sur la fusée, les propriétés aérodynamiques de la fusée, etc.
Je ne connais pas le calcul exact pour déterminer les taux de rotation pour un tour de gravité particulier , mais je parie que cela implique dobtenir la direction unitaire de laccélération totale du cadre inertiel centré sur la terre de la fusée, de la projeter sur le plan corps-yz (corps-x est vers lavant), et de faire un cosinus pour une vitesse angulaire.
Si la fusée est aérodynamiquement instable, avec un CoP en avant du CoM, ou légèrement stable, avec un CoP très proche du CoM, un contrôle actif est nécessaire pour maintenir le virage de gravité (généralement un guidage par ordinateur). Cela nécessite plus dénergie des propulseurs ou des ailettes pour corriger les perturbations spontanées de laérodynamique instable. Plus instable signifie plus dénergie.
Si la fusée est surstable, comme décrit ici: https://www.rocketryforum.com/threads/open-rocket-stability-number.122399/ , il peut y avoir encore plus dénergie nécessaire pour les corrections de cap en raison de leffet «girouette», la tendance à se tourner dans le vent. Pensez à une fléchette avec de grandes nageoires qui est soudainement touchée en vol par un vent de travers, et comment cela affecterait sa trajectoire de vol.
Extrait du message du forum sur la stabilité des fusées:
Je vise généralement une stabilité de 1,0, une stabilité de 1 est le centre de gravité (CG) est UN calibre (diamètre du tube du corps) en avant du centre de pression (CP). Tout ce qui est inférieur à un est considéré comme marginalement stable, et tout ce qui est supérieur à 1,0 est considéré comme trop stable (iirc). Les roquettes surstables veulent généralement survivre (tourner dans le vent) à des degrés divers, les roquettes légèrement stables peuvent tout faire sauf voler droit.
Commentaires
- Y a-t-il des fusées orbitales réelles qui ne sont pas aérodynamiquement instables? Une grande partie de cette discussion semble plus applicable aux modèles réduits de fusées, qui neffectuent pas de tours de gravité.
- Merci! Après quelques fouilles, il semble que la réalisation dune orbite circulaire sous une atmosphère ne soit pas une opération simple. Sur une planète sans air, on tournerait de sorte que la poussée verticale annule simplement la traînée de gravité moins laccélération angulaire. Lorsque le vecteur vitesse est tangentiel, lorbite est circulaire et la poussée peut être coupée. La rotation de la gravité, en revanche, ne semble pas conduire à elle seule sur une orbite circulaire. Ou il me manque quelque chose '.
- @Elmore Il y a généralement une certaine déviation par rapport à un tour de gravité sur une orbite terrestre normale pour expliquer le fait de passer moins de temps à basse altitude (traînée élevée) et diverses exigences de performance et de sécurité des véhicules. Le besoin dun «virage par gravité» vient du besoin de minimiser la traînée en minimisant langle dattaque. Sur un monde sans air comme la lune, on peut remonter pendant quelques secondes pour dégager le terrain voisin, puis se tourner immédiatement vers lattitude la plus efficace pour augmenter la hauteur de lorbite: horizontale.
- @OrganicMarble Je ne sais pas combien de fusées sont instables aérodynamiquement. Je ne pense pas qu’il existe des doublons de «Quels lanceurs orbitaux sont aérodynamiquement stables dans leur configuration de lancement?».Vous pouvez publier cette question si vous le souhaitez.
- Je ' je suis raisonnablement sûr que la réponse est " aucune ".