Ik was bezig met wat achterwaartse berekeningen van zwaartekrachtbochten. Nu is de basis duidelijk voor mij (denk ik), maar dit detail ontgaat me:
Na de lancering voeren we pitchover manouvre uit op tijdstip T + x, en beginnen we downrange-snelheid te winnen. Hierna wordt de stuwkrachtregeling gereset om langs de as te wijzen, en gaan we, met een aanvalshoek van nul … behalve dat de aanvalshoek niet strikt nul is. We moeten onszelf heroriënteren langs de snelheidsvector, maar wat is hier de strikte formulering?
Houden we de vooraf bepaalde pitchover-hoek gedurende een vooraf bepaald aantal seconden aan en stoten we de vector dan naar de aanvalshoek nul?
Of houden we onszelf in een vaste pitchover-hoek totdat de snelheidsvector samenvalt, en beginnen we hem dan te volgen?
Answer
Dit hangt af van hoe stabiel je raket is. Als je raket aerodynamisch stabiel is, wat betekent dat het drukpunt zich achter het massamiddelpunt bevindt, zal de raket waarschijnlijk alleen door aerodynamica naar zijn snelheidsvector (aanvalshoek nul) worden gedraaid.
Een bocht door zwaartekracht is geoptimaliseerd voor zo min mogelijk manoeuvreren met de hand. Elke lanceertraject naast een perfecte zwaartekrachtbocht verbruikt wat energie (boegschroefbrandstof of weerstand van vinnen) om de snelheidsvector van de raket met geweld te veranderen door de aanvalshoek toe te voegen. Direct na de lancering is er een eerste kleine manoeuvre die enigszins afwijkt van de verticale richting in de richting van de bocht. De versnelling als gevolg van de zwaartekracht verandert de snelheidsvector van de raket in de loop van de tijd, en idealiter resulteert dit in een horizontale houding op het perigeum van uw beoogde baan. Meestal is er wat manoeuvreren nodig om wind, turbulentie en andere storingen te compenseren. De vrije variabelen die hier betrokken zijn, zijn de eindstand van de startmanoeuvre, stuwkrachtcurves op de raket, aero-eigenschappen op de raket, enz.
Ik ken de exacte wiskunde niet voor het bepalen van rotatiesnelheden voor een bepaalde zwaartekrachtbocht , maar ik wed dat het gaat om het verkrijgen van de eenheidsrichting van de totale versnelling van het inertiële frame met de aarde, de totale versnelling van de raket, die projecteert op het lichaam-yz (lichaam-x is voorwaarts) vlak van de raket, en een cosinus voor een hoeksnelheid.
Als de raket aërodynamisch onstabiel is, met een CoP voor de CoM, of marginaal stabiel, met een CoP heel dicht bij de CoM, is actieve controle nodig om de zwaartekrachtbocht te behouden (meestal computergeleiding). Dit vereist meer energie van thrusters of vinnen om de spontane verstoringen van de onstabiele aerodynamica te corrigeren. Meer onstabiel betekent meer energie.
Als de raket overstabiel is, zoals hier beschreven: https://www.rocketryforum.com/threads/open-rocket-stability-number.122399/ kan er nog meer energie nodig zijn voor koerscorrecties vanwege het “weathercock” -effect, de neiging om tegen de wind in te draaien. Denk aan een dart met grote vinnen die plotseling tijdens de vlucht wordt geraakt met een zijwind, en hoe dat zijn vliegroute zou beïnvloeden.
Uittreksel uit het forumbericht van de raketstabiliteit:
Ik streef meestal naar een stabiliteit van 1,0, een stabiliteit van 1 is het zwaartepunt (CG) is EEN kaliber (diameter lichaamsbuis) vóór het drukcentrum (CP). Alles minder dan één wordt als marginaal stabiel beschouwd en alles dat hoger is dan 1,0 wordt als meer dan stabiel beschouwd (iirc). Overstabiele raketten willen de haan meestal in verschillende mate weerstaan (tegen de wind in draaien), marginaal stabiele raketten doen alles behalve rechtuit vliegen.
Reacties
- Zijn er werkelijke orbitale raketten niet aërodynamisch onstabiel? Veel van deze discussie lijkt meer van toepassing te zijn op modelraketten, die geen zwaartekrachtbochten uitvoeren.
- Bedankt! Na wat graven lijkt het erop dat het bereiken van een cirkelvormige baan van onder een atmosfeer geen eenvoudige operatie is. Op een airless planeet zou men zo draaien dat verticale stuwkracht de zwaartekrachtweerstand minus hoekversnelling opheft. Wanneer de snelheidsvector tangentieel is, is de baan cirkelvormig en kan de stuwkracht worden afgesneden. Aan de andere kant lijkt de zwaartekracht niet op zichzelf in een cirkelvormige baan te leiden. Of ik ' m mis iets.
- @Elmore Er is meestal een afwijking van een zwaartekrachtbocht in een normale baan om de aarde om minder tijd op lage hoogte door te brengen (hoge weerstand), en diverse voertuigprestaties en veiligheidseisen. De behoefte aan een “zwaartekrachtbocht” komt voort uit de behoefte om de weerstand te minimaliseren door de aanvalshoek te minimaliseren. Op een luchtloze wereld als de maan kan men een paar seconden naar boven stijgen om nabijgelegen terrein vrij te maken, en dan onmiddellijk naar de meest efficiënte houding gaan om de baanhoogte te vergroten: horizontaal.
- @OrganicMarble Ik weet het niet hoeveel raketten zijn aërodynamisch onstabiel. Ik denk niet dat er duplicaten zijn van “Welke orbitale lanceervoertuigen zijn aerodynamisch stabiel in hun lanceerconfiguratie?”.Je zou die vraag kunnen stellen als je wilt.
- Ik ' ben redelijk zeker dat het antwoord " geen ".