Falcon 9 TVC: ¿Qué motores participan en el control de balanceo?
La etapa 1 de Falcon 9 usa sus motores cardán durante el lanzamiento para controlar el balanceo, cabeceo y guiñada.
Solo los ocho motores periféricos pueden usarse para el control de balanceo, ya que el motor central no podría ejercer un par de torsión significativo sobre el eje longitudinal del cohete.
Pero ocho motores parecen excesivos para el control de balanceo ... ¿Todos participan en el control de balanceo o es solo un subconjunto de los ocho que lo hacen?
Parece que serían suficientes cuatro motores, o tal vez incluso solo dos (en pares de motores diametralmente opuestos).
Se agradecerían las fuentes, pero si no las tiene a la mano, un comentario que me indique en la dirección correcta sería suficiente.
También sería curioso si todos los motores participaran en el control de cabeceo y guiñada, o si de nuevo solo algunos de ellos lo hacen. ¡¡¡Gracias!!!
Respuestas
Como dice Jörg W Mittag , no lo sabemos. Pero como pueden estabilizar todos los motores, me sorprendería que no lo hicieran.
Gimbaling todos los motores un poco, en lugar de gimbaling solo algunos de ellos mucho, tiene (al menos) las siguientes ventajas:
Por lo general, maximiza el espacio libre entre campanas de motor adyacentes , ya que está girando todos los motores en la misma cantidad en aproximadamente la misma dirección. Especialmente para el control de balanceo, si solo movió algunos de los motores externos, las campanas de los que hizo el cardán se acercarían más a las campanas de los motores adyacentes sin cardán.
Se reduce al mínimo las pérdidas de coseno : al inclinar un motor con$F$ Newtons de empuje en ángulo $\alpha$, tu empuje hacia adelante cae a $F \cos(\alpha)$ Newtons, pero ganas $F \sin(\alpha)$Newtons de empuje lateral a cambio. Para ángulos pequeños,$\sin(\alpha) \approx \alpha$ (en radianes), mientras que $\cos(\alpha) \approx 1 - \frac12 \alpha^2$. Por lo tanto, para obtener la cantidad deseada de empuje lateral total, es mejor inclinar más motores en una cantidad menor, ya que el empuje lateral de cada motor escala linealmente con el ángulo del cardán, pero la pérdida de empuje hacia adelante escala cuadráticamente.
(Por supuesto, lo que realmente desea es una cantidad deseada de par lateral , y para eso, la ubicación del motor también es importante. En general, si tiene motores a diferentes distancias del eje de rotación deseado, como en el antiguo Falcon 9 v1.0 configuración del motor, querrá estabilizar más los externos, ya que proporcionan más torque por empuje. Pero con la disposición "Octaweb" utilizada por SpaceX desde Falcon 9 v1.1 , todos los motores externos están a la misma distancia del motor. eje de balanceo. Y para cabeceo y guiñada, todos los motores están aproximadamente a la misma distancia del eje de todos modos, estando todos ubicados en el extremo de cola del cohete).
Al mantener los motores adyacentes apuntando aproximadamente en la misma dirección, también evita que las plumas de esos motores choquen entre sí. Honestamente, no tengo idea de si esto importa en la práctica, pero tal impacto podría tener algún efecto negativo en la aerodinámica de la embarcación y / o la gestión del calor al crear turbulencias no deseadas y / o variaciones de presión en la columna combinada de los motores.
En general, la única razón por la que es posible que no desee usar todos sus motores para el control de actitud es si no puede hacerlo , por ejemplo, porque prefiere ahorrar masa y / o costos haciendo que solo algunos de sus motores puedan funcionar con cardán. , o restringiéndolos a un solo cardán a lo largo de un eje. Pero yo sepa todos los motores Merlin sobre el Falcon 9 tienen plena de dos ejes de control de cardán, por lo que pueden ser usados para todas las maniobras de actitud (excepto, obviamente, que el motor central no puede ejercer ningún par rollo), así que no hay realmente razón por la que no los usaría todos.
No lo sabemos.
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".