Falcon 9 TVC: Какие двигатели участвуют в управлении креном?
На первом этапе Falcon 9 используются двигатели на шарнирах во время запуска для управления креном, тангажем и рысканием.
Только восемь периферийных двигателей могут использоваться для управления креном, поскольку центральный двигатель не может создавать значительный противодействующий крутящий момент вокруг оси длины ракеты.
Но восемь двигателей кажутся излишними для управления креном ... Все ли они участвуют в управлении креном или это всего лишь часть из восьми, которые участвуют?
Кажется, хватило бы четырех двигателей, а может, даже двух (в парах диаметрально противоположных двигателей).
Источники были бы признательны, но если у вас их нет под рукой, комментарий, указывающий мне в правильном направлении, все равно подойдет.
Было бы также любопытно, все ли двигатели участвуют в управлении по тангажу и рысканью, или, опять же, только некоторые из них участвуют. Спасибо!!!
Ответы
Как говорит Йорг В. Миттаг , мы не знаем. Но поскольку они могут подвесить все двигатели, я был бы удивлен, если бы они этого не сделали.
Небольшое подвешивание всех двигателей по сравнению с частым подвешиванием только нескольких из них имеет (по крайней мере) следующие преимущества:
Обычно это увеличивает зазор между соседними раструбами двигателя , так как вы поворачиваете все двигатели на одинаковую величину примерно в одном направлении. Специально для управления креном, если вы установили только некоторые внешние двигатели, колокола на тех, которые вы установили на подвесе, будут сдвинуты ближе к колоколам соседних двигателей без кардана.
Это сводит к минимуму косинусные потери : когда вы наклоняете двигатель с$F$ Ньютоны тяги на угол $\alpha$, ваша тяга вперед снижается до $F \cos(\alpha)$ Ньютоны, но вы получаете $F \sin(\alpha)$Взамен ньютонов поперечной тяги. Для малых углов$\sin(\alpha) \approx \alpha$ (в радианах), а $\cos(\alpha) \approx 1 - \frac12 \alpha^2$. Таким образом, чтобы получить некоторую желаемую величину общей поперечной тяги, лучше наклонять больше двигателей на меньшую величину, так как поперечная тяга от каждого двигателя линейно зависит от угла подвеса, но потеря прямой тяги масштабируется квадратично.
(Конечно, вам действительно нужен некоторый желаемый поперечный крутящий момент , и для этого также имеет значение размещение двигателя. В общем, если у вас есть двигатели на разных расстояниях от желаемой оси вращения, как в старом Falcon 9 v1.0 конфигурации двигателя, вы захотите больше подвесить внешние двигатели , поскольку они обеспечивают больший крутящий момент на тягу. Но с конфигурацией "Octaweb", используемой SpaceX, начиная с Falcon 9 v1.1 , все внешние двигатели находятся на одинаковом расстоянии от ось крена. И для тангажа и рыскания все двигатели в любом случае находятся примерно на одинаковом расстоянии от оси, поскольку все они расположены в хвостовой части ракеты.)
Сохраняя направление соседних двигателей примерно в одном направлении, он также предотвращает столкновение шлейфов этих двигателей друг с другом. Честно говоря, я понятия не имею, имеет ли это значение на практике, но такое столкновение может потенциально иметь некоторое негативное влияние на аэродинамику судна и / или управление теплом, создавая нежелательную турбулентность и / или колебания давления в объединенном шлейфе двигателей.
В общем, единственная причина, по которой вы, возможно, не захотите использовать все свои двигатели для управления ориентацией, заключается в том, что вы не можете , например, потому что вы предпочитаете сэкономить на массе и / или стоимости, сделав только некоторые из ваших двигателей способными стабилизироваться. , или ограничив их только подвесом вдоль одной оси. Но AFAIK все двигатели Merlin на Falcon 9 имеют полное двухосное управление карданом, поэтому все они могут использоваться для всех маневров (кроме, очевидно, того, что центральный двигатель не может создавать крутящий момент крена), поэтому на самом деле нет причин, почему они не стал бы использовать их все.
Мы не знаем.
Что мы действительно знаем, так это то, что Falcon 9 может отключать двигатель, что означает, что вы не можете заранее выбрать фиксированную настройку, вы должны быть в состоянии адаптироваться к потере любого из 9 двигателей.
В остальном возможно все.
Мы также знаем, что SpaceX постоянно совершенствуется и меняется, поэтому то, что верно сегодня, не обязательно будет правдой завтра и не обязательно было правдой вчера. Вполне возможно, что ответ будет «все вышеперечисленное в определенный момент времени в какой-либо версии полетного программного обеспечения».