As aeronaves usam superfícies de controle para controlar seu movimento / direção. Seria uma boa ideia (ou seja, mais eficiente, menos peso, melhor capacidade de resposta, menos arrasto, etc.) usar propulsores / postes de rolo para controlar o rolo, guinada e passo, como os postes de rolo que um F-35 usa para pairar?
esta pergunta refere-se especificamente a um sistema de fluxo contínuo como os postes de rolo F-35. sem foguetes sem turbojatos
Existem várias maneiras de fazer isso, foguetes ou turbojatos. Os foguetes têm um problema em abastecê-los, os turbojatos são muito difíceis de encontrar um lugar que ofereça alavancagem razoável. As postagens de rolo no F-35B não são realmente propulsores, mas sim usam o impulso de mecanismo redirecionado. Eles também não são leves. O impulso do motor em alta altitude e velocidade do ar é consideravelmente menor do que no nível do mar, enquanto as forças de controle necessárias são maiores.
Versão curta: A razão pela qual as superfícies de controle são melhores para controle do que os propulsores a frio é Coeficiente de elevação, ou mais precisamente, a relação de elevação para arraste ou elevação para empuxo.
Um mecanismo direcionado na direção em que você deseja aplicar força tem uma taxa de elevação / empuxo de 1. A cada newton de impulso do motor, você obtém o newton de força 1. Para produzir 1 kN de força a partir da coluna, você perde 1 kN de impulso.
Um aerofólio em algum ângulo de ataque tem uma razão de sustentação / arraste geralmente entre 5 e 25. Ao desviar um aerofólio para obter o poder de 1 kN, você perde apenas o impulso de 40-200 N de arrasto. Portanto, é uma maneira muito mais eficiente de mudar sua direção.
Em suma, o uso de propulsores de qualquer tipo resultaria em ...
Menos eficiência: Os propulsores precisam de combustível, as superfícies de controle não. E se eles são do tipo foguete, eles ainda precisam carregar o oxidante.
Os propulsores a frio não precisam de combustível extra diretamente, mas "roubam" o impulso do motor principal, para que você levemente menos eficiência.
Mais peso: Um mecanismo pode produzir 10 vezes o seu peso em impulso para o peso da unidade 1, mas um aerofólio em ângulos de ataque altos pode produzir uma força 100 vezes o seu peso. O grande problema do peso será o combustível adicionado, especialmente para motores de foguete que precisam de muito oxidante. Além disso, você ainda precisa das superfícies de controle, porque elas são a única maneira de ajustar sua aerodinâmica para um vôo sustentado. Os propulsores só poderiam ser usados para acelerar a manobra inicial.
Melhor capacidade de resposta: com foguetes, mas é necessário muito combustível para eles.
Pior responsividade: se você reduzir o tamanho da superfície de controle e usar turbojatos (eles demoram muito tempo para girar). O mesmo se o tamanho da superfície de controle não for alterado.
Mesma capacidade de resposta: com postes de rolos / propulsores a frio.
Menos resistência ao atrito: se o tamanho da superfície de controle for reduzido. Mas como você ainda precisa manter suas superfícies de controle, é possível reduzi-las (as maiores deflexões são usadas em velocidades baixas), e não muito menos. Além disso, o arrasto induzido adicionado do combustível extra pode compensar isso.
No geral: Há uma razão para que mesmo foguetes usem aletas (superfícies de controle) quando possível. As únicas coisas para as quais uma aeronave pode precisar de propulsores são coisas que não podem ser feitas com superfícies de controle.
Por exemplo, postes de rolo são usados no F-35B porque as superfícies de controle não funcionam com velocidade zero. A vetorização de empuxo permitiu algumas manobras além do ângulo normal do envelope de ataque.
Se não fosse o problema do oxidante, poderia haver alguns pedidos de propulsores para manobras incomuns, além das superfícies de controle. Tal como está, seu impulso é muito caro, comparado com a força das superfícies de controle e até com o impulso principal do motor.
Como você mencionou superfícies de controle e economia de peso, eu entendo por "aeronave", você quer dizer aviões (aeronaves de asa fixa motorizada), e não pequenos drones.
Tudo o que você precisa em órbita é de um disparo para começar a lançar, e outro para interromper o lançamento, e agora você tem uma nova orientação / atitude.
De volta à Terra, e cortesia de não ter velocidade orbital e muito ar, você não pode cortar a menos que os propulsores estejam disparando continuamente.
Usar a atmosfera e desviar uma superfície de controle (com uma boa relação força / arrasto) é muito melhor do que um propulsor pesado disparando continuamente por um longo período para obter um vôo direto e nivelado. (Qualquer solução de mudança rápida de peso para esse problema já sugere um sistema problemático sem vantagens).