Falcon 9 TVC: Mesin mana yang berpartisipasi dalam kontrol gulungan?
Tahap 1 dari Falcon 9 menggunakan mesin gimball selama peluncuran untuk mengontrol roll, pitch, dan yaw.
Hanya delapan mesin periferal yang dapat digunakan untuk kontrol gulungan karena mesin tengah tidak mungkin menggunakan torsi balik yang signifikan terhadap sumbu panjang roket.
Tapi delapan mesin tampaknya berlebihan untuk kontrol roll ... Apakah mereka semua berpartisipasi dalam kontrol roll atau hanya sebagian dari delapan yang melakukannya?
Tampaknya empat mesin sudah cukup, atau bahkan mungkin hanya dua (berpasangan dengan mesin yang berlawanan).
Sumber akan dihargai, tetapi jika Anda tidak memilikinya, komentar yang mengarahkan saya ke arah yang benar akan tetap bermanfaat.
Akan penasaran juga jika semua mesin berpartisipasi dalam kontrol pitch dan yaw, atau jika lagi hanya beberapa dari mereka yang melakukannya. Terima kasih!!!
Jawaban
Seperti yang dikatakan Jörg W Mittag , kami tidak tahu. Tetapi karena mereka dapat menggunakan semua mesin, saya akan terkejut jika mereka tidak melakukannya.
Gimbaling semua mesin sedikit, dibandingkan dengan gimbaling hanya beberapa dari mereka banyak, memiliki (setidaknya) keuntungan sebagai berikut:
Biasanya memaksimalkan jarak bebas antara bel mesin yang berdekatan , karena Anda memutar semua mesin dengan jumlah yang sama ke arah yang kira-kira sama. Khusus untuk kontrol roll, jika Anda hanya melakukan gimbal pada beberapa mesin luar, bel yang Anda lakukan pada gimbal akan didorong lebih dekat ke bel mesin non-gimbaling yang berdekatan.
Ini meminimalkan kerugian cosinus : saat Anda memiringkan mesin dengan$F$ Newton mendorong dengan suatu sudut $\alpha$, dorong ke depan Anda turun ke $F \cos(\alpha)$ Newton, tapi Anda untung $F \sin(\alpha)$Newton dorongan lateral sebagai gantinya. Untuk sudut kecil,$\sin(\alpha) \approx \alpha$ (dalam radian), sementara $\cos(\alpha) \approx 1 - \frac12 \alpha^2$. Jadi, untuk mendapatkan jumlah gaya dorong lateral total yang diinginkan, lebih baik memiringkan lebih banyak mesin dengan jumlah yang lebih kecil, karena gaya dorong lateral dari setiap mesin berskala linier dengan sudut gimbal, tetapi hilangnya gaya dorong ke depan berskala kuadrat.
(Tentu saja, yang benar-benar Anda inginkan adalah sejumlah torsi lateral yang diinginkan , dan untuk itu, penempatan mesin juga penting. Secara umum, jika Anda memiliki mesin pada jarak yang berbeda dari sumbu rotasi yang diinginkan, seperti pada Falcon 9 v1.0 lama konfigurasi mesin, Anda pasti ingin lebih gimbal yang lebih luar karena mereka memberikan lebih banyak torsi per dorong. Tetapi dengan pengaturan "Octaweb" yang digunakan oleh SpaceX sejak Falcon 9 v1.1 , semua mesin luar berada pada jarak yang sama dari sumbu putar. Dan untuk pitch dan yaw, semua mesin memiliki jarak yang kira-kira sama dari sumbu, semuanya terletak di ujung ekor roket.)
Dengan menjaga agar mesin yang berdekatan tetap menunjuk ke arah yang kira-kira sama, itu juga menjaga agar mesin-mesin tersebut tidak saling bertabrakan. Sejujurnya saya tidak tahu apakah ini penting dalam praktiknya, tetapi pelampiasan seperti itu berpotensi memiliki beberapa efek negatif pada aerodinamika kapal dan / atau manajemen panas dengan menciptakan turbulensi yang tidak diinginkan dan / atau variasi tekanan pada gabungan semburan mesin.
Secara umum, satu-satunya alasan mengapa Anda mungkin tidak ingin menggunakan semua mesin Anda untuk pengendalian sikap adalah jika Anda tidak bisa , misalnya karena Anda lebih suka menghemat massa dan / atau biaya dengan membuat hanya beberapa mesin Anda yang dapat melakukan gimbal sama sekali. , atau dengan membatasinya hanya pada gimbal di sepanjang satu sumbu. Tapi AFAIK semua mesin Merlin di Falcon 9 telah penuh dua-sumbu kontrol gimbal, sehingga mereka dapat semua digunakan untuk semua manuver sikap (kecuali, jelas, bahwa mesin pusat tidak bisa mengerahkan setiap gulungan torsi), jadi tidak ada yang benar-benar alasan mengapa mereka tidak akan menggunakan semuanya.
Kami tidak tahu.
Apa yang kita lakukan tahu adalah bahwa Falcon 9 memiliki kemampuan mesin-out yang berarti Anda tidak bisa memilih tetap pengaturan terlebih dahulu, Anda harus mampu beradaptasi dengan hilangnya salah satu dari 9 mesin.
Selain itu, semuanya mungkin.
Kita juga tahu bahwa SpaceX terus berkembang dan berubah, jadi apa yang benar hari ini belum tentu benar besok dan belum tentu benar kemarin. Sangat mungkin bahwa jawabannya adalah "semua di atas, pada suatu saat, dalam beberapa versi perangkat lunak penerbangan".