Berechnung des Schwerpunkts für jede Rakete oder Trägerrakete

Ich verstehe, dass der Schwerpunkt berechnet werden kann, indem ein 3D-Modell der Rakete oder Trägerrakete erstellt wird, wenn sie vollständig gefüllt und stationär ist.

Aber im Falle eines kontinuierlichen Aufstiegs (dh der Masse ändert sich kontinuierlich), wie wird die Position des Schwerpunkts berechnet?

Kann dies in jeder Software modelliert werden?

Antworten (1)

Typische Flüssigraketenstufen stapeln den Brennstoff und das Oxidationsmittel vertikal in getrennten Tanks. Wenn Sie nur den Schwerpunkt benötigen und nicht sehr genau sein müssen, können Sie dies als drei Punktmassen modellieren: eine für die Trockenstruktur, eine für das Zentrum des Kraftstoffvolumens und eine für das Zentrum des Oxidationsmittelvolumen. Wenn Kraftstoff verbraucht wird, nimmt die Kraftstoffmasse gegen Null ab und der Massenmittelpunkt des Kraftstoffvolumens bewegt sich von der Mitte des Kraftstofftanks nach unten zum Boden des Kraftstofftanks; ebenso für das Oxidationsmittel.

Dieses Modell behandelt die Treibstofftanks tatsächlich als Zylinder. Echte Treibstofftanks sind häufiger Kapseln mit ellipsoidischen Enden als einfache Zylinder, daher müssen Sie die Tanks für eine bessere Schätzung in mehrere Abschnitte zerlegen.

Feste Stufen oder Booster brennen im Allgemeinen über ihre gesamte Länge von innen nach außen, sodass sich der Schwerpunkt des Kraftstoffkorns nicht so stark bewegt (obwohl der Kornquerschnitt wahrscheinlich entlang der Länge des Boosters variiert, sodass er sich etwas verschiebt). . Für grobe Zwecke können Sie dies als feste Punktmasse für das Gehäuse und als nicht bewegliche, aber reduzierende Punktmasse für das Korn modellieren.

Würde es eine Tendenz geben, dass sich das CM von Flüssigbrennstoffraketen entlang der Achse "nach unten" bewegt, wenn Treibmittel verbraucht wird, während sich das CM von Feststoffen, wenn überhaupt, "nach oben" bewegen könnte?
Fun Fact: Der Schwerpunkt des Treibmitteltanks eines vollen Shuttle-Außentanks befindet sich ziemlich genau in seiner geometrischen Mitte, ebenso wie der eines leeren. Beim Start gibt es also einen minimalen Längs-Schwerpunkt, der dann wieder nach oben springt. Ich erinnere mich, dass ich vor langer Zeit berechnet habe, wo dieser Wendepunkt war.
@uhoh Flüssigkeitsstufe CM bewegt sich nach unten; Gesamtrakete CM tendiert nach oben (wegen Oberstufen und Nutzlast). Feste Booster haben etwas zusätzliches Gewicht an der Basis (Düse), von dem ich mir vorstelle, dass es die Nasenkegel überwiegt, daher sollte sich ihr CM auch sehr leicht nach unten bewegen.
@uhoh, Feststoffe brennen von innen nach außen, nicht so sehr von unten nach oben. Sie möchten, dass die Außenseite bis zum Ausbrennen mit Treibmittel bedeckt bleibt.
@Hobbes Es gibt mehrere Designs für die Art und Weise, wie Feststoffe brennen, und es ist nicht unbedingt 100% das eine oder andere. Allerdings macht hier nur der Längenunterschied einen Unterschied.
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