Hur effektiva är Falcon 9: s första stegsgaller under de senaste sekunderna före landning?
Posted on
Detta svar diskuterar de tre metoderna som Falcon 9 första steget använder för attitydkontroll under återinträde och landning. De är: kalla kvävestrålar, ”hypersoniska” rutor och motorns dragkraftvektor.
Det påpekas att gallret fenor rör sig även under de sista sekunderna av landningen. Jag föreslog att precis som de främre armarna på Tyrannosaurus Rex – de kan röra sig när den rör sig, men det betyder inte att de nödvändigtvis gör något användbart.
I den här Tweet och bilden, Elon Musk kallar dem ” hypersoniska rutnätsfenor ”.
Min fråga är Hur effektiv är Falcon 9 1: a etappens nätfenor de senaste sekunderna innan landning ?
Jag letar efter något kvantitativt och med någon form av stödjande information snarare än åsikter. Tack!
Hastigheterna är högst några hundra km / tim och naturligtvis ner till noll. Min känsla är att eftersom de faktiskt är ganska små och mestadels hål, vid dessa hastigheter är de inte väsentligt effektiva, men de fortsätter att röra sig ändå eftersom det helt enkelt är säkrare att inte ha något i kontrollkoden som stänger av dem, vilket minskar ett eventuellt felläge.
Jag tror också att de senaste sekunderna innan landning, där hastighet är låg och snabb attitydkorrigeringstid är avgörande, endast tryckvektor är användbar för attitydkontroll av Falcon 9 första etappen.
Så om de är verkligen ineffektivt i slutet, bonuspoäng för en förklaring till varför de fortsätter att röra sig! 🙂
Här är en video av ett tidigt test av artikulationen (inga kor skadades). Omkring 01:20 roterar de och raketen börjar också rulla. Är detta orsak och verkan? Är det rätt riktning ?:
Kommentarer
Grid Fins är som regel bra för underljud och supersonisk flygning. De är inte särskilt bra med transsonisk flygning. Vad de saknar i storlek utgör de i antal. De är dock lite tråkiga, men det är bra här.
@ tl8 OK bra att veta! När du är transsonisk, vet du om de orsakar problem eller oregelbundna beteenden, eller är de bara inte effektiva styrning vid den punkten?
Stötskottarna förhindrar effektivt luftflöde genom fenorna. Min förståelse är att det är när toppdrag är. en.wikipedia.org/wiki/Grid_fin
@ tl8 … diskuteras i Gagarin ' s avhandling! Jag skulle aldrig ha trott att det fanns en Wikipedia-artikel om gallerfenor, tack.
" Runt 01:20 roterar de och raketen börjar rulla som väl " Baserat på riktningen som de ' roterar ser det ut som om de ' försöker faktiskt stoppa rullen.
Svar
Rasterna är en kritisk kontrollyta för återvända Falcon 9 första etappen, men är bara användbara under vissa delar av flygningen efter det att andra etappen har separerat.
Gitterfenorna ger praktiskt taget ingen av kontrollmyndigheterna till det fallande steget under de sista sekunderna av landningsprocessen när ”landningsbrännan” har börjat. När landningsförbränningen är i drift har raketen en betydande kontrollbehörighet (riktningspekning, samt minskning av nedstigningshastighet) från kardbonsmekanismen på raketmotorn (erna).
Emellertid var gallrarna den kritiska kontrollytan under vissa faser av den tidigare delen av återinträdet. Låt mig dela upp det i faser:
utanför atmosfären , under den inledande minuten av flygningen efter separationen: rutorna är värdelösa , eftersom det inte finns tillräcklig atmosfärsmassa att interagera med.
atmosfärisk post , när nedstigningen fortsätter och början på ”tjockare ”atmosfär påträffas.Rutfenor är möjligen till någon fördel, men begränsas av den fortfarande anmärkningsvärt tunna övre atmosfären. / li>
möter den tätare atmosfären , det är här scenytorna skulle börja värmas för mycket, tillräckligt för att orsaka skada om den inte adresseras. SpaceX nya tillvägagångssätt är att avfyra tre av de nio motorerna i första steget för att ”retropropulsivt” återinträda i atmosfären. Mycket kontrollmyndighet är tillgänglig för det fallande steget från raketmotorerna. Gitterfenorna är onödiga i denna fas av nedstigningen.
höghöjd, höghastighets supersonisk härkomst Rutfenor fungerar bra i det supersoniska flygregimen och är mycket användbart här, liksom den enda metoden som raketen har för kontrollmyndighet vid denna punkt.
transonic flygning. Det är här raketen övergår från supersonisk till subsonisk hastighet (helt enkelt på grund av det atmosfäriska drag som kontinuerligt bromsar det fallande steget) och stöter på en hel del ”transonic buffet”, där en del av raketens ytor är i supersoniskt flöde medan andra delar stöter på subsoniskt flöde. Rutfenor är i allmänhet ganska ineffektiva i det transoniska regimet.
subsonisk nedstigning . När raketsteget är under ca Mach 0,9 till Mach 0,8 hastighet är gallret fenor igen mycket användbart och de enda tillgängliga kontrollytorna som hjälper till att ”peka” raketen tills landningsförbränningen initieras. Raketten fortsätter att bromsa inledningsvis på grund av till atmosfäriskt drag, fram till den tid då tyngdkraften på det nedåtgående scenen är lika med dragkraften på scenen; vid denna punkt ches vad som kallas ”terminalhastighet.” Gitterfenorna är användbara under allt detta.
landningsbrännskott : rutnätets finvärde sjunker snabbt då hastigheten snabbt minskar från flera hundra kilometer per timme med terminalhastighet till mindre än några meter per sekund. Grid fin effektivitet är en funktion av luftströmens hastighet, så rutnätar gör verkligen lite eller ingenting under de sista sekunderna av nedstigningen och landningen .
Kommentarer
Det här ser ut som om det har ett bästa svar, tack !! Men kan du lägga till någon länk för att säkerhetskopiera " … praktiskt taget ingen av kontrollmyndigheten … under de sista sekunderna av landningsprocessen, när ' landningsbränn ' har startat. " för att skilja det från en åsikt? Att ' också är min känsla men jag ' har ställt frågan eftersom jag ' m letar efter något jag kan citera. Menar du bara " under de sista sekunderna " eller hela " en gång " landningsbrännan " har startat "? När du säger " Grid fin effektivitet är en funktion av hastigheten i luftströmmen " – vilken funktion? Finns det en plot av det?
Dessutom visar videon i frågan rutnätsfenorna ' visas ' att göra något med låg hastighet, och som nämnts här texten i den här artikeln föreslår att de påverkar rullen.
Hmm. Mitt svar bygger mer på fysik, så jag har ' ingen länk. Men din fråga är bra. Jag tror att det bästa svaret är: kontrollmyndigheten för fyra dörrstora rutnätar när nedstigningshastigheten är låg under de sista sekunderna är helt enkelt en storleksordning eller två mindre än den möjliga xy-kraften (i sidled) på den tillgängliga scenen från den eller de trimmade motorerna, oavsett om en eller tre motorer tänds. Om jag förstår rätt kan funktionerna i rutmönstret ses (ungefär åtminstone) som flygplattor, och som sådan bör deras effekt vara en ( igen ungefär ) linjär funktion i> av hastighet? Kanske kan du lägga till en grov uppskattning av hastigheten under de senaste sekunderna mot de hastigheter där de verkligen är effektiva? Fysikbaserade svar kan också använda siffror!
