Ich habe einige Berechnungen der Schwerkraftkurven durchgeführt. Jetzt sind mir die Grundlagen klar (glaube ich), aber dieses Detail entgeht mir:
Nach dem Abheben führen wir zum Zeitpunkt T + x ein Pitchover-Manöver durch und beginnen, die Geschwindigkeit im unteren Bereich zu erhöhen. Danach wird der Schubvektor zurückgesetzt, um entlang der Achse zu zeigen, und los gehts mit einem Anstellwinkel von Null … außer dass der Anstellwinkel nicht streng Null ist. Wir müssen uns entlang des Geschwindigkeitsvektors neu orientieren, aber wie lautet die strenge Formulierung hier?
Halten wir den vorgegebenen Nickwinkel für eine vorbestimmte Anzahl von Sekunden und schieben den Vektor dann auf den Anstellwinkel Null? / p>
Oder halten wir uns in einem festen Nickwinkel, bis der Geschwindigkeitsvektor zusammenfällt, und folgen ihm dann?
Antwort
Dies hängt davon ab, wie stabil Ihre Rakete ist. Wenn Ihre Rakete aerodynamisch stabil ist, dh ihr Druckmittelpunkt hinter ihrem Massenschwerpunkt liegt, wird die Rakete wahrscheinlich allein durch die Aerodynamik auf ihren Geschwindigkeitsvektor (Anstellwinkel Null) gedreht.
Eine Schwerkraftkurve ist für möglichst wenig manuelles Manövrieren optimiert. Jede Startbahn außer einer perfekten Schwerkraftkurve verbraucht etwas Energie (Triebwerkstreibstoff oder Luftwiderstand von Flossen), um den Geschwindigkeitsvektor der Rakete durch Erhöhen des Anstellwinkels gewaltsam zu ändern. Direkt nach dem Start gibt es ein erstes kleines Manöver, das in Richtung der Kurve leicht vertikal verläuft. Die Erdbeschleunigung dreht den Geschwindigkeitsvektor der Rakete im Laufe der Zeit. Idealerweise führt dies zu einer horizontalen Fluglage am Perigäum Ihrer beabsichtigten Umlaufbahn. Normalerweise sind einige Manöver erforderlich, um Wind, Turbulenzen und andere Störungen auszugleichen. Die freien Variablen, um die es hier geht, sind die endgültige Fluglage des Startmanövers, Schubkurven auf der Rakete, Aeroeigenschaften auf der Rakete usw.
Ich kenne die genaue Mathematik zur Bestimmung der Rotationsraten für eine bestimmte Schwerkraftkurve nicht Aber ich wette, es geht darum, die Einheitsrichtung der Gesamtbeschleunigung der Rakete mit erdzentriertem Trägheitsrahmen zu ermitteln, diese auf die Körper-yz-Ebene (Körper-x ist vorwärts) der Rakete zu projizieren und einen Kosinus für eine Winkelrate zu erstellen.
Wenn die Rakete aerodynamisch instabil ist, mit einem CoP vor dem CoM oder geringfügig stabil mit einem CoP sehr nahe am CoM, ist eine aktive Steuerung erforderlich, um die Schwerkraftdrehung aufrechtzuerhalten (normalerweise Computerführung). Dies erfordert mehr Energie von Triebwerken oder Lamellen, um die spontanen Störungen aufgrund der instabilen Aerodynamik zu korrigieren. Instabiler bedeutet mehr Energie.
Wenn die Rakete überstabil ist, wie hier beschrieben: https://www.rocketryforum.com/threads/open-rocket-stability-number.122399/ Aufgrund des „Wetterhahn“ -Effekts, der Tendenz, sich in den Wind zu drehen, wird möglicherweise noch mehr Energie für Kurskorrekturen benötigt. Denken Sie an einen Pfeil mit großen Flossen, der plötzlich im Flug von Seitenwind getroffen wird, und wie sich dies auf seine Flugbahn auswirken würde.
Auszug aus dem Beitrag des Raketenstabilitätsforums:
Ich strebe normalerweise eine Stabilität von 1,0 an, eine Stabilität von 1 ist der Schwerpunkt (CG) ist EIN Kaliber (Körperrohrdurchmesser) vor dem Druckmittelpunkt (CP). Alles, was kleiner als eins ist, wird als geringfügig stabil angesehen, und alles über 1,0 wird als überstabil (iirc) angesehen. Überstabile Raketen wollen normalerweise den Hahn (in den Wind drehen) in unterschiedlichem Maße überstehen, geringfügig stabile Raketen können alles andere als geradeaus fliegen.
Kommentare
- Sind tatsächliche Orbitalraketen nicht aerodynamisch instabil? Ein Großteil dieser Diskussion scheint eher auf Modellraketen anwendbar zu sein, die keine Schwerkraftdrehungen ausführen.
- Danke! Nach einigem Graben scheint es nicht einfach zu sein, eine kreisförmige Umlaufbahn unter einer Atmosphäre zu erreichen. Auf einem luftlosen Planeten würde man sich so drehen, dass der vertikale Schub den Schwerkraftwiderstand minus der Winkelbeschleunigung nur aufhebt. Wenn der Geschwindigkeitsvektor tangential ist, ist die Umlaufbahn kreisförmig und der Schub kann geschnitten werden. Die Schwerkraftumdrehung scheint dagegen nicht von alleine in eine Kreisbahn zu führen. Oder ich ' vermisse etwas.
- @Elmore Es gibt normalerweise eine gewisse Abweichung von einer Schwerkraftkurve auf einer normalen Erdumlaufbahn, um weniger Zeit in geringer Höhe zu verbringen (hoher Luftwiderstand) und verschiedene Anforderungen an die Fahrzeugleistung und -sicherheit. Die Notwendigkeit einer „Schwerkraftdrehung“ ergibt sich aus der Notwendigkeit, den Luftwiderstand durch Minimierung des Anstellwinkels zu minimieren. In einer luftleeren Welt wie dem Mond kann man einige Sekunden lang nach oben fahren, um das nahe gelegene Gelände freizumachen, und dann sofort die effizienteste Einstellung zum Erhöhen der Umlaufbahnhöhe wählen: horizontal.
- @OrganicMarble Ich weiß nicht Wie viele Raketen sind aerodynamisch instabil? Ich glaube nicht, dass es Duplikate von „Welche Orbital-Trägerraketen sind in ihrer Startkonfiguration aerodynamisch stabil?“ Gibt.Sie können diese Frage posten, wenn Sie möchten.
- Ich ' bin mir ziemlich sicher, dass die Antwort " none ".