Falcon 9 TVC: Welche Motoren sind an der Rollkontrolle beteiligt?
Stufe 1 von Falcon 9 verwendet seine kardanischen Motoren während des Starts, um Roll, Nick und Gieren zu steuern.
Nur die acht peripheren Motoren können zur Rollsteuerung verwendet werden, da der mittlere Motor möglicherweise kein signifikantes Gegendrehmoment um die Längsachse der Rakete ausüben kann.
Aber acht Motoren scheinen für die Rollkontrolle übertrieben zu sein ... Nehmen sie alle an der Rollkontrolle teil oder ist es nur eine Teilmenge der acht, die dies tun?
Es scheint, dass vier Motoren ausreichen würden, oder vielleicht sogar nur zwei (in Paaren von diametral gegenüberliegenden Motoren).
Quellen wären willkommen, aber wenn Sie sie nicht zur Hand haben, würde ein Kommentar, der mich in die richtige Richtung weist, immer noch genügen.
Wäre auch neugierig, ob alle Motoren an der Pitch- und Gierkontrolle teilnehmen oder ob es wieder nur einige von ihnen tun. Vielen Dank!!!
Antworten
Wie Jörg W. Mittag sagt , wissen wir es nicht. Aber da sie alle Motoren kardanisch kardanisieren können , wäre ich überrascht, wenn sie es nicht tun würden.
Ein wenig kardanisch zu sein, im Gegensatz zu nur ein paar kardanisch, hat (zumindest) die folgenden Vorteile:
Im Allgemeinen wird der Abstand zwischen benachbarten Motorglocken maximiert , da Sie alle Motoren um den gleichen Betrag in ungefähr die gleiche Richtung drehen. Insbesondere für die Rollkontrolle würden die Glocken derjenigen, die Sie kardanisch gemacht haben, näher an die Glocken benachbarter nicht kardanischer Motoren gedrückt, wenn Sie nur einige der äußeren Motoren kardanisch kardanisch betätigen würden.
Es minimiert die Kosinusverluste : wenn Sie einen Motor mit kippen$F$ Newton Schub um einen Winkel $\alpha$fällt Ihr Vorwärtsschub auf $F \cos(\alpha)$ Newton, aber Sie gewinnen $F \sin(\alpha)$ Newtons of lateral thrust in exchange. For small angles, $\sin(\alpha) \approx \alpha$ (in radians), while $\cos(\alpha) \approx 1 - \frac12 \alpha^2$. Thus, to obtain some desired amount of total lateral thrust, it's better to tilt more engines by a smaller amount, since the lateral thrust from each engine scales linearly with the gimbal angle, but the loss of forward thrust scales quadratically.
(Of course, what you really want is some desired amount of lateral torque, and for that, engine placement matters too. In general, if you have engines at different distances from the desired rotation axis, as in the old Falcon 9 v1.0 engine configuration, you'll want to gimbal the outer ones more since they provide more torque per thrust. But with the "Octaweb" arrangement used by SpaceX since Falcon 9 v1.1, all of the outer engines are at the same distance from the roll axis. And for pitch and yaw, all the engines are approximately the same distance from the axis anyway, being all located at the tail end of the rocket.)
By keeping adjacent engines pointing in approximately the same direction, it also keeps the plumes of those engines from impinging on each other. Honestly I have no idea if this matters in practice, but such impingement might potentially have some negative effect on the vessel's aerodynamics and/or heat management by creating unwanted turbulence and/or pressure variations in the combined plume of the engines.
Im Allgemeinen ist der einzige Grund, warum Sie möglicherweise nicht alle Ihre Motoren zur Lagesteuerung verwenden möchten, wenn Sie dies nicht können , z. B. weil Sie es vorziehen, Masse und / oder Kosten zu sparen, indem Sie nur einige Ihrer Motoren überhaupt kardanisch machen oder indem Sie sie auf nur kardanisch entlang einer Achse beschränken. Aber AFAIK all Merlin - Motoren auf Falcon 9 haben die vollen zweiachsigen kardanischen Kontrolle, so dass sie können alle für alle Lagemanöver verwendet werden (außer, natürlich, dass der mittlere Motor jede Rolle Drehmoment nicht ausüben kann), so gibt es keine wirklich Grund , warum sie würde sie nicht alle benutzen.
Wir wissen es nicht.
What we do know is that the Falcon 9 has engine-out capability which means you cannot pick a fixed setup beforehand, you have to be able to adapt to the loss of any one of the 9 engines.
Other than that, everything is possible.
We also know that SpaceX is constantly improving and changing, so what is true today is not necessarily true tomorrow and was not necessarily true yesterday. It is very well possible that the answer is "all of the above, at some point in time, in some version of the flight software".