Domanda:
Perché il Falcon 9 non utilizza freni ad aria rigidi durante i tentativi di atterraggio?
Jules
2016-01-18 01:54:31 UTC
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I tentativi di SpaceX di atterrare comportano l'utilizzo dei motori del primo stadio per rallentare il booster e l'uso delle alette della griglia per eseguire le regolazioni della traiettoria.

I paracadute generalmente non sono rigidi e possono lanciare il razzo fuori rotta durante l'atterraggio su qualcosa di piccolo come una chiatta, ma è un'opzione usare gli aerofreni, forse simili alle alette della griglia, ma con una superficie solida, per rallentare il razzo durante la discesa, risparmiare carburante e aiutare a prevenire atterraggi duri?

In caso negativo, quali sono gli svantaggi che impediscono a SpaceX di utilizzare freni ad aria rigidi?

Per rallentare abbastanza il palco, gli aerofreni dovrebbero essere grandi come un paracadute. Gli argomenti contro i paracadute si applicano anche agli aerofreni. Vedi http://space.stackexchange.com/questions/7718/why-would-spacex-not-use-parachutes-for-the-final-descent-of-the-first-stage
@Hobbes: Non ci sono dubbi che la prima e la terza masterizzazione debbano essere eseguite così come sono - prima iniziando il ritorno dallo spazio e infine - eseguendo l'atterraggio. Ma ci sono molte idee sulla seconda bruciatura, subito dopo il rientro atmosferico, dove i metodi passivi potrebbero sembrare superiori.
Tre risposte:
#1
+10
hshib
2016-04-05 20:13:53 UTC
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Sembra che inizialmente prevedessero di utilizzare le gambe di atterraggio come freni ad aria compressa.

Elon Musk ha dichiarato che:

Se poi fai alcune cose interessanti, come guardare il nostro carrello di atterraggio, sono essenzialmente come un gigante i flap del corpo, quindi la resistenza: quando schieriamo il carrello di atterraggio, la resistenza aumenta notevolmente, quindi abbiamo il duplice uso del carrello di atterraggio come flap giganti e come carrello di atterraggio. Questo in realtà dimezza la velocità terminale e quindi il carburante, il propellente di cui abbiamo bisogno per fermare il veicolo a metà, e in realtà è un metodo abbastanza efficiente per atterrare con precisione.

Questo forse è solo un idea precedente che non si è concretizzata. Guardando il video precedente sulla riutilizzabilità, puoi vedere che le gambe sono parzialmente dispiegate come freni ad aria compressa. Ma con l ' ultimo video, le gambe non vengono più utilizzate in quel modo, quindi è probabile che abbiano rinunciato all'idea. La mia ipotesi è che intendessero effettivamente utilizzare le gambe di atterraggio per il controllo dell'assetto durante il decente non alimentato, ma non funzionarono bene durante gli atterraggi di prova iniziali nell'oceano e passarono all'idea di pinna a griglia più in alto sul corpo.

Inoltre è emersa un'immagine incrociata che stavano testando nella galleria del vento le gambe schierate a un certo punto.

Per dare un po 'più di contesto, mi piace aggiungere che il commento di cui sopra è stato fatto il 24/10/2014, dopo che due voli di prova di atterraggio erano stati condotti con le gambe di atterraggio, volo 9 e 10 su 2 / 18/2014 e 7/14/2014. Ma anche, il 17/6/2014, hanno già testato le pinne dello sterzo per la prima volta durante il volo di prova F9R e solo 3 mesi dopo il commento, il volo 14 ha volato con le pinne in griglia l'1 / 10 / 15. Quindi è probabile che nel momento in cui ha fatto il commento, fosse già deciso che la frenata ad aria compressa con le gambe non fosse possibile.

C'è stato anche uno scambio su Twitter su questo argomento il 22/11/14 e ha dichiarato:

Usare le gambe come freni ad aria compressa per abbassare velocità terminale a metà richiede lieve riprogettazione & più dati. Forse il volo 21.

L'articolo di notizie di SpaceX del 21/12/15 prima del lancio di Orbcomm-OG2 contiene informazioni contrastanti riguardo alle pinne della griglia.

Il primo tentativo di atterrare dolcemente sull'acqua è fallito, poiché abbiamo cercato di controllare il razzo solo con piccoli propulsori di assetto. Anche se funziona bene per una forma del corpo liscia e smussata come Dragon, si rivela una proposta disperata per qualcosa della forma di un razzo. Falcon è andato fuori controllo e si è schiantato in acqua ad alta velocità.

Abbiamo quindi aggiunto quattro pinne a griglia in una configurazione X-wing per darci il necessario controllo a tre assi sotto l'alta pressione atmosferica dinamica, che raggiunge il picco a 1,5 tonnellate per piede quadrato.

Ciò ha risolto il problema del controllo e siamo stati in grado di eseguire due atterraggi morbidi in acqua. L'altitudine massima dello stadio del razzo era di 210 km, il che non importa molto, e l'energia cinetica massima di trasferimento era di 200 GJ.

Il primo tentativo deve essere riferendosi al volo 6, e due atterraggi morbidi riusciti in acqua possono riferirsi solo ai voli 9 e 10. Ma la pinna della griglia non è stata volata fino al volo 14, quindi il successo del volo 9 e 10 non può essere attribuito alla pinna griglia come menzionato in questo articolo. Ebbene, ovviamente, quell'articolo è stato scritto in fretta come indicato in fondo:

T-zero in 15 minuti, quindi devi firmare. Ci scusiamo per gli errori di battitura sopra.

- Elon

Grazie, stavo cercando quel tipo di citazione, ero sicuro di averlo sentito, e quando sono atterrato il video che mostrava le gambe che uscivano negli ultimi 10 secondi, sono rimasto deluso. Avevo sperato che le gambe sarebbero state usate aerodinamicamente.
È stato interessante per me ricordare anche la citazione, ma ho frainteso che il solo fatto di aggiungere le gambe al corpo aggiunge abbastanza resistenza (senza dispiegamento) per ridurre la velocità terminale della metà. Ora che l'ho riletto, stava ovviamente parlando del trascinamento generato quando erano parzialmente schierati come mostrato nel video originale. Mi piacerebbe conoscere la storia dietro questo cambiamento di design e qual è stato il fattore determinante per questo.
Sfortunatamente usare le gambe come freni ad aria mette la resistenza all'estremità sbagliata del velivolo; avrebbe una forte tendenza a capovolgersi ad alta velocità.
Per espandere il commento di russel, il centro di portanza sarebbe molto probabilmente davanti al centro di massa (rispetto all'aria in movimento). Ciò rende l'imbarcazione aerodinamicamente instabile poiché questo è il punto in cui viene applicata la resistenza netta. (funziona proprio come una banderuola) Ma non credo che questo sia stato il motivo del cambio di programma, poiché questa è una considerazione abbastanza standard.
#2
+7
geoffc
2016-01-18 02:29:43 UTC
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SpaceX ha bisogno di una soluzione che possa funzionare a velocità ipersoniche, e quindi diminuire il più lentamente possibile. Hanno abbastanza carburante assegnato per usare il motore per ridurre la velocità e hanno comunque bisogno di alette dello sterzo.

Pertanto, le alette della griglia fanno il trucco per sterzare attraverso i domini delle prestazioni con il motore che fornisce una decelerazione sufficiente secondo necessità.

I freni ad aria probabilmente funzionerebbero solo alla fine del volo, dove il motore controlla principalmente la velocità di discesa.

"* Hanno abbastanza carburante assegnato per usare il motore per ridurre la velocità ... *" - In linea di principio, se i freni ad aria compressa fossero pratici, potrebbero allocare meno carburante per l'atterraggio e quindi di più per potenziare il carico.
#3
+3
florisla
2016-01-21 19:47:46 UTC
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I freni ad aria compressa dovrebbero resistere a temperature molto elevate, poiché fondamentalmente convertono l'energia cinetica (velocità) in attrito (calore). Quindi dovrebbero essere grandi e costosi.

Il razzo ha già un lato molto resistente al calore (il lato motore, con gli ugelli di scarico). Quindi possono usarlo come una specie di freno pneumatico molto piccolo. Anche le alette della griglia sono minuscoli freni ad aria.

Poiché non forniscono una potenza frenante sufficiente, accendono semplicemente i motori ancora una volta per annullare la maggior parte dell'energia cinetica.



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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