O que impede que o BFS se torne instável ao transmitir de horizontal para vertical?

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Neste vídeo de ( o pouso BFS da SpaceX ), há um ponto em que o navio se inclina da horizontal primeira »queda livre da velocidade terminal, para a posição de aterragem vertical do« primeiro motor ».

O gráfico à direita mostra que isso leva a uma aceleração vertical aproximadamente de mach 0.26 para mach 0.31 induzida pela redução do arrasto devido à própria manobra basculante.

Motores Gimbaled são acionados somente quando o navio está na vertical, o que pode significar que toda a manobra de inclinação deve ser aerodinâmica.

As aletas e as aletas de canário são projetadas para aumentar ou diminuir o arrasto em torno do centro de gravidade da nave, como faz um paraquedista movendo seus membros.

Mas assim que o navio começa a inclinar-se da horizontal para a vertical, seu corpo e as aletas acionadas geram sustentação. (em vez de apenas arrastar)

O navio começará a deslizar para trás . O elevador aumentará até um ponto máximo quando as aletas não estiverem mais paradas.

A pergunta é:

Neste ponto (deslizando para trás, quase vertical, mach 0.3, antes do suicídio queimar) todo o navio deve se tornar instável se o centro de sustentação estiver entre o centro de gravidade e a parte traseira do navio (motores). um para trás, voando VariEze, ou a figura acrobática chamada "tailslide": ele virará, da mesma forma que uma peteca de badminton faz quando muda de direção.

Quando a sustentação se torna significativa, o que impede a nave de inclinar-se naturalmente de volta para a horizontal ou abruptamente guinar ou rolar para alguma nova atitude imprevisível (como a peteca)?

Concordo que cg é muito muito atrás, as aletas traseiras dobradas para dentro e as aletas de canard poderiam criar o momento de lançamento correto para o BFS se inclinar verticalmente. Mas onde deve ser o cg para não inclinar sobre o eixo de guinada (ou rolo induzido devido à barbatana vertical fixa maciça) Algum avião negociando um estabilizador vertical na sua cauda para um acima de sua cabina do piloto não será muito estável sobre o eixo do yaw tampouco.

Note que ao olhar para animações fornecidas pelo spaceX, as nadadeiras posteriores parecem ter apenas um grau de liberdade: as enormes dobradiças permitem mudanças no diedro.

As barbatanas de canard parecem agir da mesma forma, mas podem ter mais um (invisível em animação) grau de liberdade: incidência variável, que pode adicionar controle ao arremesso, mas ainda é inútil para o controle de guinada.

Editar: por favor, focar no eixo yaw, considere os segundos 1105 a 1107 em animação. As barbatanas de canard não desempenham nenhum papel na estabilização do guincho. Como a aeronave não pode cair por causa da instabilidade da guinada e do rolamento induzido?

    
por qq jkztd 19.11.2018 / 12:44

2 respostas

A resposta aqui é rever a história de como o Space X "o faz" com o Falcon 9. Para resolver aerodinamicamente, eles estendem os freios de velocidade do TOP de booster para fazê-lo cair primeiro. Os aficionados por CG tomam nota, é assim que funciona em gravidade e atmosfera. Assim como um paraquedas ou uma asa-delta.

Uma observação muito próxima do vídeo mostra as "aletas da cauda" mais baixas dobrando-se para dentro, elevando o ponto de pressão aerodinâmico (neste caso, o arrasto) acima do CG. O foguete agora se comporta como uma aeronave com seu CG muito distante (em relação a Clift), subindo e descendo "para trás" em direção ao solo. O impulso do foguete diminui a descida para o pouso.

O foguete está girando durante essa manobra para sua nova configuração de redução de peso e arrasto / elevação, com aumento previsível na velocidade devido ao menor arrasto líquido na direção do "voo".

Pode ser útil desenhar aqui os componentes verticais e horizontais de sustentação para entender as forças. A manobra não é diferente de um loop de 1/4. É controlado, porque o CG está abaixo do centro de arrasto.

Em resposta à edição em relação ao eixo do yaw, excelente observação! Esta é uma técnica considerada para aviões de passageiros se recuperando de uma barraca profunda !!! Balance de um lado para o outro para trazer a tentativa de V Stab em jogo para sair da deep stall.

Mas com o foguete, o motor de gimballed vai parar isso, e antes, o leme agora não será usado para quebrar a baia, mas para preservá-la! Esta é uma manobra acrobática, pura e simples.

O que o Space X faz tão bem é a transição da "deep stall" para um pouso controlado.

A preocupação com a punhalada V é justificada. Os freios de velocidade Falcon 9 são mais infalíveis. Vamos esperar que eles não "se projetem para um canto" com um design potencialmente defeituoso.

POST EDIT - RESPOSTA A COMENTÁRIOS

Precisamos ter em mente que a animação é o que pode estar errado, não o plano de voo real. @qq jkztd corretamente apontou que, se o BFR caísse verticalmente, sem movimento horizontal, o pitch up causaria movimento horizontal em direção à cauda (começando a deslizar para trás). Embora o pitch up não induza o guincho, o BFR de deslizamento para trás seria instável em guinada. Dobrando nas aletas horizontais tornaria estável em campo. Uma solução melhor pode ser iniciar o movimento para cima com algum movimento para a frente, ou simplesmente inclinar para cima, adicionando mais arrasto ao "topo" com freios de velocidade como o Falcon 9, ou acendendo o motor de foguete mais rápido. No entanto, às vezes, mais simples é melhor,

    
19.11.2018 / 13:36

Eu acho que os motores com gimbal disparam antes do ponto indicado na animação - a animação não é precisa a esse respeito.

O controle de vetor de empuxo dos motores pode estabilizar a manobra de inclinação e direcionar o veículo para o toque.

    
03.12.2018 / 21:35