Domanda:
Carichi strutturali dello stadio superiore in salita?
Russell Borogove
2017-04-11 20:36:18 UTC
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In un'altra domanda, è emerso questo:

Ad esempio, se un Falcon 9 lancia 20 tonnellate di carburante per attraccare a LEO, come può essere utilizzato lo stesso stadio superiore per lanciare 40 tonnellate di carburante nella stessa orbita? Non è necessario che sia più grande e forse più robusto per supportare il carico utile molto più pesante?

E mi sono reso conto che non sono sicuro di come funzioni effettivamente la tensione strutturale sugli stadi superiori.

Seduta a terra, la struttura del secondo stadio sostiene il peso di quel carico utile di 20 o 40 tonnellate sotto la gravità terrestre, che possiamo esprimere come forza in Newton.

Una volta fuori dell'atmosfera e messa in scena, tuttavia, la forza operativa è quella del motore del secondo stadio - circa 95 tonnellate per il Merlin Vac al massimo della spinta - quindi è la forza sulla struttura del secondo stadio? O supponendo che lo stadio più il carico utile stiano accelerando insieme in modo uniforme, la forza deve essere proporzionata tra la massa dello stadio e la massa del carico utile? Ciò significa che il peso effettivo del carico utile aumenta con l'utilizzo del propellente?

Come si calcola la deformazione strutturale della seconda fase durante la prima parte della salita, con la resistenza aerodinamica opposta alla spinta dei motori del primo stadio?

Il vecchio adagio vuole che prevale la regola del 90/10: il 90% del peso di un razzo è necessario per portare in orbita il 10% del peso totale. Ciò include tutta la struttura per evitare che cada a pezzi durante il percorso, più il carburante per arrivarci.
Una risposta:
Organic Marble
2017-04-11 23:33:51 UTC
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Modifica: questa risposta era basata su un'errata interpretazione della domanda. Lasciandolo perché ha attirato un certo interesse.


Posso spiegare in termini generali come è stato fatto per Shuttle. Dalla partecipazione alle riunioni dei gruppi di lavoro interorganizzativi, posso dire che questo stesso processo generale viene eseguito per i veicoli di lancio sacrificabili, anche se con una tecnologia più recente.

Per lo shuttle, invece di provare a calcolare i carichi strutturali in tempo reale ( considerato poco pratico con la tecnologia degli anni '70 / '80), i vincoli sono stati generati in anticipo. Quindi, utilizzando le proprietà di massa, le impostazioni dell'acceleratore, le temperature alla rinfusa SRB, i venti, ecc. Del giorno, sono state eseguite traiettorie simulate il giorno del lancio e sono stati generati i parametri di sterzata per garantire che il veicolo rimanesse entro i limiti.

Sono stati verificati molti vincoli, ma quelli relativi ai carichi strutturali erano i Q-planes o squatcheloids, un insieme di volumi tridimensionali in alfa, beta eq (angolo di attacco, angolo di sbandamento e pressione dinamica), indicizzato dal numero di Mach.

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Se la traiettoria dispersa si trovava sempre all'interno dei Q-planes, il controllo è stato superato.

Altri vincoli erano gli indicatori di carico strutturale, "calcoli derivati ​​da limiti analitici strutturali di maggiore fedeltà per determinare i carichi strutturali degli elementi". Quarantadue indicatori di carico strutturale sono stati valutati per ciascuna traiettoria di prova. Tutti dovevano avere un margine positivo per superare il controllo.

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C'erano molti altri controlli prima che un progetto di traiettoria fosse accettato, ma questi sono i principali che si occupano di carichi strutturali.

Per maggiori dettagli suggerisco di leggere le informazioni molto accessibili e interessanti a questi due link.

Space Shuttle Day of Launch Trajectory Design Operations - documento tecnico Presentazione in PowerPoint che copre lo stesso materiale ma una grafica migliore

Interessante, ma sto chiedendo di più sulla fisica idealizzata: come funziona la matematica supponendo che il carico utile e il primo stadio siano entrambi vacche sferiche di densità uniforme, zero AoA, forza di spinta costante, ecc.
Scusate. Stavo cercando di rispondere a questa domanda "Come verrebbe calcolata la deformazione strutturale nella seconda tappa durante la salita". Ho preso "durante la salita" per significare in tempo reale. Vedo che ora stai davvero chiedendo "come vengono calcolati i carichi strutturali di salita".
Gotcha. Ho riorganizzato quella frase per aiutare con quell'ambiguità.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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