Jag gjorde några beräkningar av tyngdkraftsvarv. Nu är grunderna tydliga för mig (tror jag), men denna detalj undgår mig:
Efter upphöjning utför vi pitchover-manöver vid tidpunkten T + x och börjar få nedrangemangshastighet. Efter detta återställs tryckvektorn till att peka längs axeln, och iväg, med noll attackvinkel … förutom att attackvinkeln inte är helt noll. Vi måste omorientera oss längs hastighetsvektorn, men vad är den strikta formuleringen här?
Håller vi den förutbestämda stigningsvinkeln i någon förutbestämd mängd sekunder och trycker sedan vektorn till noll angreppsvinkel?
Eller håller vi oss i en solid stigningsvinkel tills hastighetsvektorn sammanfaller och börjar sedan följa den?
Svar
Detta beror på hur stabil din raket är. Om din raket är aerodynamiskt stabil, vilket innebär att dess tryckcentrum ligger bakom dess masscentrum, kommer raketen sannolikt att vändas till sin hastighetsvektor (noll attackvinkel) endast av aerodynamik.
En gravitationssväng är optimerad för minst möjlig manuell manövrering. Varje skjutbana förutom en perfekt gravitationssväng förbrukar energi (thrusterbränsle eller drag från fenor) för att med våld ändra raketens hastighetsvektor genom att lägga till attackvinkeln. Direkt efter lanseringen sker en första liten manövrering till något off-vertikal i riktning mot svängen. Accelerationen på grund av tyngdkraften vänder raketens hastighetsvektor över tiden, och helst resulterar detta i horisontell inställning vid din avsedda omloppsperigee. Det krävs vanligtvis viss manövrering för att kompensera för vind, turbulens och andra störningar. De fria variablerna som är involverade här är startmanöverens slutliga attityd, tryckkurvor på raketen, aeroegenskaper på raketen etc.
Jag vet inte exakt matematik för att bestämma rotationshastigheter för en viss gravitation , men jag slår vad om att det handlar om att få enhetsriktningen för den jordcentrerade tröghetsramens totala acceleration av raketen, projicera den på raketens kropp-yz (kropp-x är framåt) -planet och göra en cosinus för en vinkelhastighet.
Om raketen är aerodynamiskt instabil, med en CoP framåt av CoM, eller marginellt stabil, med en CoP mycket nära CoM, krävs aktiv kontroll för att bibehålla gravitationen (vanligtvis datorstyrning). Detta kräver mer energi från thrusterar eller fenor för att korrigera de spontana störningarna från den instabila aerodynamiken. Mer instabil betyder mer energi.
Om raketen är överstabil, som beskrivs här: https://www.rocketryforum.com/threads/open-rocket-stability-number.122399/ , det kan behövas ännu mer energi för kurskorrigeringar på grund av ”weathercock” -effekten, tendensen att förvandlas till vinden. Tänk på en pil med stora fenor som plötsligt träffas med en sidvind och hur det skulle påverka dess flygväg.
Utdrag från raketstabilitetsforumets inlägg:
Jag siktar vanligtvis på en stabilitet på 1.0, en stabilitet på 1 är tyngdpunkten (CG) är EN kaliber (kroppsrörets diameter) framför tryckcentret (CP). Allt mindre än ett anses vara marginellt stabilt, och allt över 1,0 anses vara överstabilt (iirc). Överstabila raketer vill vanligtvis vädra kuk (förvandlas till vinden) i varierande grad, marginellt stabila raketer kan göra allt annat än att flyga rakt.
Kommentarer
- Är inga faktiska omloppsraketer aerodynamiskt instabila? Mycket av denna diskussion verkar mer tillämplig på modellraketer som inte utför gravitationssvängningar.
- Tack! Efter lite grävning verkar det som att uppnå en cirkulär bana underifrån en atmosfär inte är en enkel operation. På den airless planet skulle man vända så att vertikal dragkraft bara avbryter tyngdkraftsdraget minus vinkelacceleration. När hastighetsvektorn är tangentiell är banan cirkulär och kraften kan skäras. Gravity turn å andra sidan verkar inte leda till en cirkulär bana i sig. Eller jag ' jag saknar något.
- @Elmore Det finns vanligtvis en viss avvikelse från en gravitation på en normal jordbana för att ta hänsyn till att spendera mindre tid i låg höjd (hög dragkraft) och diverse fordonsprestanda och säkerhetskrav. Behovet av en ”gravitation turn” kommer från ett behov av att minimera drag genom att minimera attackvinkeln. På en luftfri värld som månen kan man öka uppåt i några sekunder för att rensa närliggande terräng och sedan omedelbart vända sig till den mest effektiva attityden för att öka omloppshöjden: horisontell.
- @OrganicMarble Jag vet inte hur många raketer är aerodynamiskt instabila. Jag tror inte att det finns några dubbletter av ”Vilka banbussar är aerodynamiskt stabila i sin lanseringskonfiguration?”.Du kan skicka den frågan om du vill.
- Jag ' Jag är ganska säker på att svaret är " inget ".