Quão eficazes são as barbatanas de grade do primeiro estágio do Falcon 9 nos últimos segundos antes do pouso?
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Esta resposta discute os três métodos que o Falcon 9 de 1º estágio usa para controle de atitude durante a reentrada e aterragem. São eles: jatos frios de nitrogênio, aletas de grade “hipersônicas” e vetorização de empuxo dos motores.
É apontado ali que as aletas de grade estão se movendo mesmo nos últimos segundos do pouso. Eu sugeri que, assim como os braços dianteiros do Tyrannosaurus Rex, eles podem se mover quando ele se move, mas isso não significa que estejam necessariamente fazendo algo útil.
As seguintes perguntas e suas respostas são relevantes:
Em neste Tweet e na imagem, Elon Musk os chama de “ barbatanas de grade hipersônicas “.
Minha pergunta é Qual a eficácia do Falcon 9 aletas de grade do primeiro estágio nos últimos segundos antes do pouso ?
Estou procurando algo quantitativo e com algum tipo de informação de apoio, em vez de opiniões. Obrigado!
As velocidades são de no máximo algumas centenas de km / h e, claro, até zero. Minha impressão é que, como eles são realmente muito pequenos e, em sua maioria, buracos, nessas velocidades não são significativamente eficazes, mas eles continuam se movendo de qualquer maneira porque é simplesmente mais seguro não ter nada no código de controle que os desligue, reduzindo assim um possível modo de falha.
Eu também acredito que nos últimos segundos antes do pouso, onde a velocidade é baixo e o tempo de correção de atitude rápido é crucial, apenas a vetorização de empuxo é útil para o controle de atitude do primeiro estágio do Falcon 9.
Então, se forem de fato ineficaz no final, pontos extras para uma explicação de por que eles continuam se movendo! 🙂
Aqui está um vídeo de um teste inicial de articulação (nenhuma vaca foi ferida). Por volta da 01:20 eles giram, e o foguete também começa a rolar. Isso é causa e efeito? É a direção correta ?:
Comentários
Como regra, as barbatanas de grade são boas para voos subsônicos e supersônicos. Eles não são muito bons com vôo transsônico. O que falta em tamanho, eles compensam em número. Eles são um pouco arrastados, mas isso é uma coisa boa aqui.
@ tl8 OK, bom saber! Quando transsônicos, você sabe se eles causam problemas ou comportamento errático, ou simplesmente não são eficazes na direção nesse ponto?
Os cones de choque impedem o fluxo de ar eficaz através das nadadeiras. Meu entendimento é que é quando ocorre o arrasto de pico. en.wikipedia.org/wiki/Grid_fin
@ tl8 … discutido em Gagarin ' tese! Nunca pensei que houvesse um artigo da Wikipedia sobre aletas de grade, obrigado.
" Por volta de 01:20 eles giram e o foguete começa a rolar quando bem " Com base na direção em que ' estão girando novamente, me parece que eles ' na verdade, está tentando parar a rolagem.
Resposta
As aletas da grade são uma superfície de controle crítica para o retornando o primeiro estágio do Falcon 9, mas só são úteis durante certas partes do vôo depois que o segundo estágio foi separado.
As aletas da grade não fornecem virtualmente nenhuma autoridade de controle para o estágio de descida nos segundos finais de o processo de pouso, uma vez que a “queima de pouso” tenha começado. Com a queima de pouso em operação, o foguete tem autoridade de controle considerável (apontamento direcional, bem como redução da velocidade de descida) do mecanismo de oscilação do (s) motor (es) do foguete.
No entanto, as aletas da grade eram a superfície de controle crítica durante algumas fases da parte anterior da reentrada. Deixe-me dividir em fases:
fora da atmosfera , durante o minuto inicial ou mais do vôo pós-separação: as aletas da grade são inúteis , pois não há massa atmosférica suficiente para elas para interagir.
entrada atmosférica , conforme a descida continua e o início do “mais espesso “atmosfera é encontrada.As barbatanas de grade são possivelmente de algum benefício, mas limitadas pela atmosfera superior ainda incrivelmente fina.
encontrando a atmosfera mais densa , é aqui que as superfícies do palco começariam a aquecer excessivamente, o suficiente para causar danos se não resolvidos. A nova abordagem da SpaceX é disparar três dos nove motores de primeiro estágio para “retropropulsivamente” reentrar na atmosfera. Muita autoridade de controle está disponível para o estágio descendente dos motores do foguete giratório. As aletas da grade são desnecessárias nesta fase da descida.
descida supersônica de alta altitude e alta velocidade Aletas de grade operam bem no regime de voo supersônico e são muito útil aqui, bem como o único método que o foguete tem para autoridade de controle neste momento.
voo transônico. É aqui que o foguete passa da velocidade supersônica para a subsônica (simplesmente devido ao arrasto atmosférico que está continuamente desacelerando o estágio descendente) e encontra uma grande quantidade de “buffet transônico”, onde parte das superfícies do foguete estão em fluxo supersônico enquanto outras partes encontram fluxo subsônico. As barbatanas de grade são geralmente bastante ineficazes no regime transônico.
descida subsônica . Assim que o estágio do foguete estiver abaixo da velocidade de Mach 0,9 a Mach 0,8, as aletas da grade serão novamente muito útil e as únicas superfícies de controle disponíveis para ajudar a “apontar” o foguete até que a queima de pouso seja iniciada. O foguete continua a desacelerar inicialmente devido ao arrasto atmosférico, até o momento em que a força da gravidade no estágio descendente seja igual à força de arrasto no estágio; neste ponto, o estágio rea ches o que é chamado de “velocidade terminal.” As aletas da grade são úteis durante tudo isso.
pouso queima queima : o valor da aleta da grade cai rapidamente conforme a velocidade diminui rapidamente de várias centenas de quilômetros por hora de velocidade terminal para menos de alguns metros por segundo. A eficácia das aletas da grade é uma função da velocidade do fluxo de ar, então as aletas da grade realmente fazem pouco ou nada nos segundos finais da descida e pouso .
Comentários
Parece que tem os ingredientes para uma resposta excelente, obrigado !! Mas você pode adicionar algum tipo de link para fazer backup " … virtualmente nenhuma autoridade de controle … nos segundos finais do processo de aterrissagem, uma vez que ' queima de pouso ' começou. " para diferenciá-lo de uma opinião? Essa ' é minha opinião também, mas ' fiz a pergunta porque ' m procurando algo que eu possa citar. Além disso, você quer dizer apenas " nos segundos finais " ou todos " uma vez a " gravação de aterrissagem " também começou "? Quando você diz " A eficácia da aleta da grade é uma função da velocidade do fluxo de ar " – qual função? Existe um gráfico disso?
Além disso, o vídeo na pergunta mostra as aletas da grade ' aparecendo ' fazer algo em baixa velocidade e, conforme mencionado aqui , o texto neste artigo sugere que estão afetando o rolo.
Hmm. Minha resposta é mais baseada na física, então ' não tenho um link. Mas sua pergunta é boa. Acho que a melhor resposta é: a autoridade de controle de quatro aletas de grade do tamanho de uma porta, uma vez que a velocidade de descida é baixa nos segundos finais, é simplesmente uma ordem de magnitude ou duas menor do que a possível força xy (lateral) na parte inferior do palco disponível do (s) motor (es) com cardan, se um ou três motores estão acesos.
OK, isso faz sentido para mim, daí a metáfora das pernas dianteiras do tiranossauro. Se bem entendi, os recursos dentro do padrão de grade podem ser considerados (aproximadamente pelo menos) como aerofólios e, como tal, seu efeito deve ser uma ( novamente aproximadamente ) função linear de velocidade? Talvez você possa adicionar uma estimativa aproximada da velocidade nos últimos segundos vs as velocidades onde elas são realmente eficazes? Respostas baseadas na física também podem usar números!
