Wykonywałem pewne obliczenia dotyczące zakrętów grawitacyjnych. Teraz podstawy są dla mnie jasne (chyba), ale ten szczegół mi umyka:
Po starcie wykonujemy manewr pitchover w czasie T + x i zaczynamy nabierać prędkości w dół. Następnie wektorowanie ciągu jest resetowane do wskazywania wzdłuż osi i ruszamy z zerowym kątem natarcia … z wyjątkiem tego, że kąt natarcia nie jest równy zeru. Musimy zmienić orientację wzdłuż wektora prędkości, ale jakie jest tutaj ścisłe sformułowanie?
Czy utrzymujemy z góry określony kąt nachylenia przez określoną liczbę sekund, a następnie wektor ciągu do zerowego kąta natarcia?
A może trzymamy się stałego kąta nachylenia, aż wektor prędkości zbiega się, a następnie zaczynamy podążać za nim?
Odpowiedź
To zależy od tego, jak stabilna jest twoja rakieta. Jeśli rakieta jest stabilna aerodynamicznie, co oznacza, że jej środek ciśnienia znajduje się za środkiem masy, rakieta najprawdopodobniej zostanie zmieniona na swój wektor prędkości (zerowy kąt natarcia) za pomocą samej tylko aerodynamiki.
Obrót grawitacyjny jest zoptymalizowany pod kątem możliwie najmniejszego ręcznego manewrowania. Każda trajektoria startu poza idealnym zakrętem grawitacyjnym zużywa trochę energii (paliwo do silnika lub opór z płetw) na wymuszoną zmianę wektora prędkości rakiety poprzez dodanie do kąta natarcia. Bezpośrednio po starcie następuje początkowy mały manewr w kierunku nieco odchylenia od pionu w kierunku zakrętu. Przyspieszenie spowodowane grawitacją zmienia w czasie wektor prędkości rakiety i idealnie, skutkuje poziomym położeniem na perygeum planowanej orbity. Zwykle wymagane są pewne manewry, aby skompensować wiatr, turbulencje i inne zakłócenia. Wolne zmienne, które tu występują, to końcowe położenie manewru początkowego, krzywe ciągu rakiety, właściwości aerodynamiczne rakiety itp.
Nie znam dokładnej matematyki do określania prędkości obrotowych dla określonego zakrętu grawitacyjnego , ale założę się, że polega to na uzyskaniu kierunku jednostkowego całkowitego przyspieszenia rakiety w układzie bezwładnościowo-centralnym, rzutowaniu tego na płaszczyznę ciała rakiety-yz (ciało-x jest do przodu) i zrobieniu cosinusa dla prędkości kątowej.
Jeśli rakieta jest niestabilna aerodynamicznie, z CoP przed CoM lub nieznacznie stabilna, z CoP bardzo blisko CoM, wymagana jest aktywna kontrola, aby utrzymać zwrot grawitacyjny (zwykle sterowanie komputerowe). Wymaga to więcej energii ze sterów strumieniowych lub płetw, aby skorygować spontaniczne zakłócenia wynikające z niestabilnej aerodynamiki. Bardziej niestabilna oznacza więcej energii.
Jeśli rakieta jest nadmierna, jak opisano tutaj: https://www.rocketryforum.com/threads/open-rocket-stability-number.122399/ , może być jeszcze więcej energii potrzebnej do korekty kursu ze względu na efekt „wiatrowskazu”, czyli tendencję do skręcania pod wiatr. Pomyśl o rzutce z dużymi płetwami, która została nagle uderzona w locie przez boczny wiatr i jak to wpłynęło na jej tor lotu.
Fragment posta z forum poświęconego stabilności rakiet:
Zwykle dążę do stabilności 1.0, stabilność 1 to środek ciężkości (CG) to JEDEN kaliber (średnica rurki korpusu) przed środkiem ciśnienia (CP). Wszystko mniejsze niż jeden jest uważane za marginalnie stabilne, a wszystko powyżej 1,0 jest uważane za zbyt stabilne (iirc). Rakiety nadmiernie stabilne zwykle chcą w różnym stopniu uderzać w koguta (obracać się w wiatr), rakiety mało stabilne mogą zrobić wszystko, ale nie latają prosto.
Komentarze
- Czy jakiekolwiek rakiety orbitalne nie są niestabilne aerodynamicznie? Znaczna część tej dyskusji wydaje się bardziej pasować do modeli rakiet, które nie wykonują obrotów grawitacyjnych.
- Dzięki! Po pewnym czasie wydaje się, że osiągnięcie orbity kołowej spod atmosfery nie jest prostą operacją. Na pozbawionej powietrza planecie obraca się tak, że pionowy ciąg tylko znosi opór grawitacyjny minus przyspieszenie kątowe. Kiedy wektor prędkości jest styczny, orbita jest kołowa i można zmniejszyć ciąg. Z drugiej strony, zwrot grawitacyjny nie wydaje się sam prowadzić do kołowej orbity. Albo ' coś mi brakuje.
- @Elmore Zwykle na normalnej orbicie okołoziemskiej występuje pewne odchylenie od obrotu grawitacyjnego, aby uwzględnić spędzanie mniejszej ilości czasu na małej wysokości (duży opór) oraz różne wymagania dotyczące osiągów pojazdu i bezpieczeństwa. Potrzeba „zwrotu grawitacyjnego” wynika z potrzeby zminimalizowania oporu poprzez zminimalizowanie kąta natarcia. W świecie pozbawionym powietrza, takim jak księżyc, można na kilka sekund wznieść się w górę, aby oczyścić pobliski teren, a następnie natychmiast przejść do najbardziej efektywnej pozycji, aby zwiększyć wysokość orbity: poziomej.
- @OrganicMarble Nie wiem ile rakiet jest niestabilnych aerodynamicznie. Nie sądzę, aby istniały jakiekolwiek powtórzenia stwierdzenia „Jakie orbitalne pojazdy nośne są aerodynamicznie stabilne w konfiguracji startowej?”.Możesz zadać to pytanie, jeśli chcesz.
- Ja ' jestem dość pewny, że odpowiedź brzmi " brak ".