Falcon 9 TVC: Które silniki uczestniczą w kontroli przechyłu?
Poziom 1 Falcona 9 wykorzystuje silniki z zawieszeniem kardanowym podczas startu do kontrolowania przechyłu, pochylenia i odchylenia.
Tylko osiem silników peryferyjnych może być używanych do kontroli przechyłu, ponieważ centralny silnik nie mógłby wywierać znaczącego przeciwnego momentu obrotowego wokół osi długości rakiety.
Ale osiem silników wydaje się przesadą w kontroli przechyłu… Czy wszystkie uczestniczą w kontroli przechyłu, czy jest to tylko podzbiór ósemek?
Wydaje się, że wystarczyłyby cztery silniki, a może nawet tylko dwa (w parach diametralnie przeciwnych silników).
Źródła byłyby mile widziane, ale jeśli nie masz ich pod ręką, komentarz wskazujący mnie we właściwym kierunku nadal by się przydał.
Byłoby również ciekawe, gdyby wszystkie silniki uczestniczyły w kontroli pochylenia i odchylenia, czy też znowu tylko niektóre z nich. Dzięki!!!
Odpowiedzi
Jak mówi Jörg W Mittag , nie wiemy. Ale ponieważ mogą regulować wszystkie silniki, zdziwiłbym się, gdyby tego nie zrobili.
Nieznaczne gimbingowanie wszystkich silników, w przeciwieństwie do gimbalowania tylko kilku z nich, ma (przynajmniej) następujące zalety:
Zwykle maksymalizuje prześwit między sąsiednimi dzwonkami silnika , ponieważ obracasz wszystkie silniki o tę samą wartość w przybliżeniu w tym samym kierunku. Zwłaszcza w przypadku kontroli przechyłu, jeśli przegubiłeś tylko niektóre silniki zewnętrzne, dzwonki tych, które zrobiłeś, zostałyby przesunięte bliżej dzwonków sąsiednich silników bez przegubu.
To minimalizuje straty cosinus : kiedy przechylić silnik z$F$ Niutony ciągu pod kątem $\alpha$, twój ciąg naprzód spada do $F \cos(\alpha)$ Niutony, ale zyskujesz $F \sin(\alpha)$W zamian niutony ciągu bocznego. Dla małych kątów,$\sin(\alpha) \approx \alpha$ (w radianach), podczas gdy $\cos(\alpha) \approx 1 - \frac12 \alpha^2$. Tak więc, aby uzyskać pożądaną wielkość całkowitego ciągu poprzecznego, lepiej przechylić więcej silników o mniejszą wartość, ponieważ ciąg boczny każdego silnika skaluje się liniowo wraz z kątem obrotu przegubu Cardana, ale utrata ciągu do przodu skaluje się kwadratowo.
(Oczywiście to, czego naprawdę chcesz, to pewna pożądana ilość bocznego momentu obrotowego , a do tego ważne jest również umiejscowienie silnika. Ogólnie, jeśli masz silniki w różnych odległościach od pożądanej osi obrotu, jak w starym Falcon 9 v1.0 konfiguracji silnika, będziesz chciał bardziej gimbalować zewnętrzne silniki , ponieważ zapewniają większy moment obrotowy na ciąg. Ale z układem „Octaweb” używanym przez SpaceX od Falcon 9 v1.1 , wszystkie zewnętrzne silniki znajdują się w tej samej odległości od osi przechyłu. A jeśli chodzi o pochylenie i odchylenie, wszystkie silniki i tak znajdują się w przybliżeniu w tej samej odległości od osi, a wszystkie znajdują się na końcu rakiety).
Utrzymując sąsiednie silniki skierowane mniej więcej w tym samym kierunku, zapobiega również zderzaniu się pióropuszy tych silników. Szczerze mówiąc, nie mam pojęcia, czy ma to znaczenie w praktyce, ale takie uderzenie może potencjalnie mieć pewien negatywny wpływ na aerodynamikę statku i / lub zarządzanie ciepłem, tworząc niepożądane turbulencje i / lub wahania ciśnienia w połączonej smudze silników.
Ogólnie rzecz biorąc, jedynym powodem, dla którego możesz nie chcieć używać wszystkich swoich silników do kontroli położenia, jest to, że nie możesz , na przykład dlatego, że wolisz zaoszczędzić na masie i / lub kosztach, sprawiając, że tylko niektóre silniki w ogóle mogą się obracać. lub ograniczając je do przegubu tylko wzdłuż jednej osi. Ale AFAIK wszystkie silniki Merlin w Falcon 9 mają pełną dwuosiową kontrolę gimbala, więc wszystkie mogą być używane do wszystkich manewrów nastawienia (z wyjątkiem, oczywiście, że centralny silnik nie może wywierać żadnego momentu obrotowego), więc nie ma powodu, dla którego one nie użyłby ich wszystkich.
Nie wiemy.
Co możemy zrobić, wie, że Falcon 9 ma możliwości silnika-out, co oznacza, że nie można wybrać stałą konfigurację wcześniej, trzeba być w stanie dostosować się do utraty jednego z silników 9.
Poza tym wszystko jest możliwe.
Wiemy również, że SpaceX stale się poprawia i zmienia, więc to, co jest prawdą dzisiaj, niekoniecznie jest prawdą jutro i niekoniecznie było prawdą wczoraj. Jest bardzo prawdopodobne, że odpowiedź brzmi: „wszystkie powyższe, w pewnym momencie, w jakiejś wersji oprogramowania pokładowego”.