Könnte eine Kombination aus billiger Energie und leistungsstarken Triebwerken ein gutes aerodynamisches Design in etwas verwandeln, das die Kosten nicht immer wert ist?

Für ein Science-Fiction-Setting, an dem ich arbeite, versuche ich, eine klare Trennung zwischen Schiffen vorzunehmen, die ausschließlich für die Raumfahrt, Atmosphärenflüge und Doppelzweckschiffe, die in beiden fliegen können, gemacht sind. Das häufigste Beispiel, das ich mir für diese Doppelzweckschiffe vorstellen würde, sind Frachter, die zwischen Planeten reisen, und die Jäger, die sie eskortieren, damit sie ihre Jäger nicht für den Eintritt zurückrufen und dann einmal in der Atmosphäre ein anderes Set einsetzen müssen.

Leider bin ich kein Experte für Aerodynamik oder 3D-Modellierung, daher sind meine Schiffsdesigns trotz meiner besten Bemühungen ziemlich kantig und oft ein Witz im aerodynamischen Design . Das verlinkte Bild ist wahrscheinlich das, was ich als eines meiner aerodynamischeren Designs betrachten würde, von denen ich ein Rendering veröffentlicht habe, obwohl es eine atmosphärische Variante hat, an der ich arbeite, die aerodynamischere Flügel und Motorgehäuse haben würde.

Es brachte mich jedoch zum Nachdenken, vielleicht könnte ich einen Weg finden, dies innerhalb der Grenzen dieser Umgebung zum Laufen zu bringen. Könnte eine Kombination aus billiger Energie und leistungsstarken Triebwerken es einem Schiff ermöglichen, eine schlechte Aerodynamik bis zu dem Punkt zu überwinden, an dem Raumschiffhersteller davonkommen, Abstriche bei der Aerodynamik zu machen, um Design- und Herstellungskosten zu senken?

Der Gedanke ist, dass die Herstellung von Jägern, die den Wiedereintritt überleben können, teuer wäre, sodass sie möglicherweise an anderer Stelle Kosten sparen möchten, oder es könnte für Frachter billiger werden, zwei Sätze von Jägern zu transportieren und sich den Ärger zu machen, Jäger als Teil des Wiedereintritts zu wechseln. Einreiseverfahren.

Ich beabsichtige immer noch, dass dedizierte atmosphärische Schiffe einen Vorteil gegenüber diesen Mehrzweckschiffen haben, aber ich möchte, dass sie gut genug sind, dass ein erfahrener Pilot diesen Nachteil glaubhaft überwinden kann.

Diese Schiffe würden wahrscheinlich mit Geschwindigkeiten reisen, die mit modernen Düsenjägern vergleichbar sind, vielleicht etwas schneller. Die Begrenzung werden immer noch die Kräfte sein, die auf den Piloten ausgeübt werden, da ich in dieser Einstellung keinerlei Technologie im Stil eines "Trägheitsdämpfers" habe.

Erläuterungen:

  • Diese Frage konzentriert sich mehr auf Jäger und kleinere Fahrzeuge. Die Frachter selbst müssen wahrscheinlich aerodynamischer sein oder mit viel niedrigeren Geschwindigkeiten fließen. Ich konzentriere mich hauptsächlich auf die kleineren Schiffe, weil sie alle entgegenkommenden Angreifer abfangen müssten.
  • Ich suche nicht nach Vorschlägen für alternative Designs. Ich versuche einfach herauszufinden, ob die aerodynamischen Mängel meiner bestehenden Konstruktionen aufgrund meines eigenen Mangels an Fachwissen auf diesem Gebiet im Universum gerechtfertigt werden können.
  • Die fraglichen Geschwindigkeiten würden eher im Kampfgeschwindigkeitsbereich liegen als Reisegeschwindigkeiten.
  • Die atmosphärischen + Weltraumjäger mit doppeltem Zweck werden immer noch einen Versuch in der Aerodynamik unternehmen. Sie werden keine Ziegelsteine ​​fliegen. Die Idee ist, dass die Hersteller möglicherweise nicht annähernd so viel Zeit und Mühe in die Aerodynamik investieren wie wir in jedes moderne Flugzeug, um Kosten zu sparen.
Es ist nicht nur das verzögerte Reibungs-/Auftriebsverhältnis, über das Sie sich Sorgen machen müssen, es sind auch die Turbulenzen und die Stabilität - der Versuch, Ihre Piloten nicht in Stücke zu schütteln oder das Flugzeug in einem unkontrollierten Sturz auseinanderzureißen, könnte im Design eine Rolle spielen.
Ich denke, ich könnte fragen, ob mein Beispieldesign "aerodynamisch genug" ist, um sich darüber keine Sorgen zu machen? Wäre das eine bessere Möglichkeit, meine Frage zu strukturieren?
„Billige Energie und leistungsstarke Triebwerke“ reichen nicht aus, da die Schiffsstruktur auch stark verstärkt werden muss, um den erhöhten strukturellen Belastungen standzuhalten, die durch schlechte Aerodynamik und stärkere Triebwerke verursacht werden. Wenn Sie sich voll und ganz auf Science-Fiction konzentrieren, verwenden Sie externe Kraftfelder, um den Luftstrom um das Fahrzeug herum zu formen, und dann kann es jede gewünschte Form haben. (Wenn der Strom ausfällt, wird das Fahrzeug natürlich sofort von der vollen Wirkung seiner Form getroffen und löst sich wahrscheinlich auf.)
Ausdauer ist ein weiteres Thema. Luftwiderstands- und Schwerkraftverluste fressen das Delta-V-Budget eines Raumfahrzeugs sehr schnell auf. Tragflächen und luftatmende Triebwerke werden benötigt, um einen brauchbaren atmosphärischen Jäger zu bauen, sind aber tote Masse auf einem Raumjäger, ganz zu schweigen von dem erforderlichen Wärmeschutz. Dann gibt es noch die drastisch unterschiedlichen Sensoren/Waffen, die benötigt werden, die unterschiedlichen Navigationsinstrumente und Flugsteuerungen, die benötigt werden, etc. Die Umgebungen sind einfach zu unterschiedlich, als dass etwas Effektives in einem mehr als ein Witz in dem anderen sein könnte.
Ich habe ein paar Klarstellungen hinzugefügt, da ich spezifizieren wollte, dass die fraglichen Schiffe noch einige aerodynamische Designanstrengungen erfordern würden, aber da ich kein Flugzeugexperte bin, würden meine Designs wahrscheinlich hinter den realen Weltstandards zurückbleiben. (Das verlinkte Bild ist ein gutes Beispiel dafür, was ich mit "etwas Aufwand" meine.)
Wenn Ihre Gesellschaft Zugang zu billiger Energie hat, dann ist es wahrscheinlich genauso billig, ein aerodynamisch geformtes Raumfahrzeug herzustellen wie ein nicht aerodynamisch geformtes Raumfahrzeug. Möglicherweise billiger, da das nicht-aerodynamische Raumschiff wahrscheinlich mehr Material benötigt, um sich für den zusätzlichen Luftwiderstand zu verstärken, der ihm entstehen wird.

Antworten (7)

Die kurze Antwort ist „nein“. Bei Kampfjet-Geschwindigkeiten ist auch die Überhitzung durch atmosphärischen Luftwiderstand ein enorm wichtiges Thema. Selbst wenn Sie also einen Motor haben, der überhaupt keinen Kraftstoff benötigt, müssen Sie dennoch aerodynamisch sein.

Hinzu kommt, dass es nicht nur eine Überhitzung ist. Es ist auch die bloße Kraft auf das Material, die sich verziehen, durchtrennen oder anderweitig verformen kann. Auch die Aerodynamik trägt zur Entlastung bei.
Geringer Luftwiderstand und Luftstrommanagement sind also immer wichtig, aber der Auftrieb ist grundsätzlich optional. (z. B. eine Umgebung wie die AeroTech-Jäger von BattleTech, die für den Weltraum optimiert sind und über Fusionstriebwerke verfügen. Der Schub in der Atmosphäre ist nahezu frei, wobei Fusionsenergie zum Erhitzen der Luft verwendet wird, denke ich, obwohl ich denke, dass vieles davon in den Aerotech-Regeln von Hand geschwenkt wird. IIRC von vor Ewigkeiten und haben wahrscheinlich unplausible Mengen an Delta-V im Weltraum)
Sollte wahrscheinlich auch die Manövrierfähigkeit erwähnen. Ein würfelförmiges Flugzeug wäre wahrscheinlich sehr instabil und schwer zu kontrollieren.

Absolut möglich - Ihr Energieüberfluss führt dazu, dass Sie VIEL langsamer reisen als aktuelle Weltraummissionen.

Der Weltraum ist nicht so weit oben. Die ISS befindet sich 408 km über dem Boden. Wenn es horizontal wäre, könnte man in einem Auto mit Autobahngeschwindigkeit in 4 Stunden dorthin gelangen.

Der Weltraum, wie wir ihn kennen, ist nicht hoch, er ist SCHNELL. Diese ISS bewegt sich mit 7,6 km/s. Es muss diese Geschwindigkeit erreichen, um eine Umlaufbahn aufrechtzuerhalten. Wenn es langsamer wird, fällt es aus der Umlaufbahn. Um langsamer zu reisen, müsste es ständig nach oben stoßen.

Der Wiedereintritt, wie wir ihn kennen, ist ein Transfer von LEO mit minimalem Treibstoffverbrauch im Orbit, um die Orbitallipse subtil zu stören, sodass sie die Atmosphäre überfliegt, was dazu führt, dass Raumschiffe mit Überschallgeschwindigkeit auf die Atmosphäre treffen. Aufgrund dieser Hyperschallgeschwindigkeiten ist Aerodynamik alles.

Wenn Sie jedoch eine epische Stromversorgung haben, müssen Sie keinen Kraftstoff sparen. Da Sie keinen Kraftstoff sparen müssen, müssen Sie nicht mit 7,6 km/s fahren. Sie können mit Autogeschwindigkeit fahren. Sie könnten 4 Stunden lang mit 100 km/h nach oben fliegen. Halten Sie bei 408 km Höhe an, lassen Sie den Motor bei etwa 1 g nach oben vertrauen und beobachten Sie, wie die ISS mit Geschossgeschwindigkeit schnell schießt, und denken Sie "Hey, das ist so cool", und kehren Sie dann nach Hause zurück, ohne 100 km / h überschritten zu haben. 9 Stunden Gesamtfahrt.

Da Sie in der Atmosphäre zu keinem Zeitpunkt die Autobahngeschwindigkeit überschreiten, können Ihre Schiffe so aerodynamisch sein wie alles, was Sie auf der Straße sehen.

Wenn Sie möchten, können Sie natürlich schneller reisen, wenn Sie im Vakuum des Weltraums sind. Denken Sie jedoch daran, beim Wiedereintritt die atmosphärische Geschwindigkeitsbegrenzung Ihres Handwerks einzuhalten, da Sie sonst verbrennen.

Beachten Sie, dass die Frachter und Jäger offensichtlich mit ungefähr der gleichen Geschwindigkeit reisen.

Denken Sie daran, wenn die Frachter mit 100 km/h fahren, werden ihre Begleitpersonen ebenfalls mit ~100 km/h fahren, um in der Nähe zu bleiben. Ein Abfangjäger, der ausgesandt wird, um sie zu holen, kann mit beliebiger Geschwindigkeit reisen, aber wenn sie viel schneller unterwegs sind, werden sie überschießen. Alle Schlachten finden mit Autobahngeschwindigkeit statt, da niemand mit Überschallgeschwindigkeit reisen muss und auch keinen Nutzen daraus zieht.

Die Frage betrifft das Manövrieren von nicht aerodynamischen Kampffahrzeugen im Kampf in einer Atmosphäre, nicht den Transport selbst?
Planeten sind groß; Es ist wahrscheinlich nützlich, viel schneller als 4 Stunden vom Weltraum zum Boden zu gelangen. Aber ja, interessante Perspektive auf das, was möglich ist, wenn es einen Grund gibt, nicht zumindest zu rationalisieren. (Der Auftrieb kann durch Schub ersetzt werden, aber die Fähigkeit, schnell in der Luft zu sein, ohne sich aufzulösen oder zu schmelzen, ist schön, besonders wenn Sie so viel Schub haben. Besonders für Militärschiffe, sogar für den militärischen Gütertransport: Ein langsamer Konvoi kann nicht so in den Weltraum entkommen schnell, wenn Gefahr auftaucht.)
@GrumpyYoungMan Ja, das ist mir bewusst. Aber denken Sie daran: Wenn die Frachter mit 100 km/h unterwegs sind, werden ihre Begleitpersonen ebenfalls mit ~100 km/h unterwegs sein, um in der Nähe zu bleiben. Ein Abfangjäger, der ausgesandt wird, um sie zu holen, kann mit beliebiger Geschwindigkeit reisen, aber wenn sie viel schneller unterwegs sind, werden sie überschießen. Der ganze Kampf findet mit Autobahngeschwindigkeit statt, weil niemand mit Überschallgeschwindigkeit reisen muss und auch keinen Vorteil davon hat.
@Ash Ich liebe die Herausforderung meiner Intuition. Ich habe immer versucht, das Handwerk schnell zu machen, so wie wir es tun! Was jedoch die Kampfgeschwindigkeit betrifft, so müssen die Verteidiger zwar nur in der Nähe des Frachters herumhängen, im Luftkampf werden die Langsamen jedoch normalerweise nicht belohnt. Die Entwicklung schnellerer Flugzeuge (und schnellerer Waffen) wird immer einen Vorteil bieten. Abgesehen davon senkt Ihre Antwort den unteren Balken auf ... na ja ... wie Sie es ausdrücken, Autogeschwindigkeiten!
@PeterCordes Sie können sehr schnell nach unten kommen, wenn Sie herausfinden, wie Sie überschüssige Wärme abführen können, während Sie hoch sind, und übermäßige Geschwindigkeit, wenn Sie niedrig sind. Sie werden auf jeden Fall Nullgeschwindigkeit in Nullhöhe erreichen, aber Menschen neigen dazu, zu brechen, wenn sie einer zu starken Beschleunigung ausgesetzt werden.

Hier ist die Sache – ich sehe das aerodynamische Problem nicht so sehr als eine Frage der Kosten, sondern als eine des Kraftstoffs. Je weniger aerodynamisch, desto mehr Treibstoff verbraucht das Schiff in einer Atmosphäre und desto geringer ist seine Reichweite.

Auf der anderen Seite, je mehr Sie Flügel und so weiter hinzufügen, um es aerodynamisch zu machen, desto mehr Treibstoff verbraucht das Schiff, wenn es sich außerhalb der Atmosphäre befindet (weil es mehr wiegt).

Wenn Sie also weniger aerodynamische Jäger bevorzugen möchten, würde ich sagen, dass die beste Rechtfertigung darin besteht, dass sie hauptsächlich zum Manövrieren im Weltraum verwendet werden . Dies ist besonders gerechtfertigt, da Weltraumkämpfe wahrscheinlich mehr Treibstoff verbrauchen als Luftkämpfe und eine stärkere Optimierung erfordern. Auf diese Weise rechtfertigt die Wirtschaftlichkeit die Optimierung, um weniger aerodynamische Gizmos zugunsten von mehr Platz für Treibstoff und Triebwerke für eine effizientere Manövrierfähigkeit im Weltraum zu haben.

Die Optimierung für den Kampf im Vakuum ermöglicht es Ihnen auch, Kämpfe über Planeten mit wenig oder keiner Atmosphäre wie dem Mars zu führen.

Hoffentlich hilft das!

Ich habe dies positiv bewertet, weil es sich um etwas handelt, das die anderen Antworten ignoriert haben, aber dies wiederum ignoriert etwas die Komplexität der Flugdynamik in der Atmosphäre.
@ARogueAnt. Zum Teil, weil ich kaum etwas über Aerodynamik weiß, außer dem, was ich beim Spielen von KSP gelernt habe. 😉
Wie wäre es mit einem Oberflächen-zu-Orbit-Fahrzeug, das seine Flügel usw. fallen lässt, wenn es die Atmosphäre verlässt, so dass diese selbst zum Startplatz zurückkehren können.
@DrMcCleod Könnte wahrscheinlich theoretisch funktionieren ... viele seltsame Mechaniken, die es zu erarbeiten gilt. Das Hauptproblem dabei ist jedoch, dass das ursprüngliche Schiff keine gute Möglichkeit hat, wieder in die Atmosphäre zurückzukehren (für den Kontext dieser Frage).
@Benjaminhollon Vielleicht könnte es die Flügel dann im Orbit lassen und sie auf dem Heimweg packen.
@DrMcCleod Das würde nicht wirklich Kraftstoff sparen - im Gegenteil, die Kraftstoffmenge, die zum Rendezvous mit den Flügeln erforderlich ist, wäre wahrscheinlich viel höher als die Kraftstoffmenge, die durch das Ablegen der Flügel überhaupt eingespart wird.
@BenjaminHollon Das würde davon abhängen, wie viel Manövrieren das Fahrzeug im Weltraum machen würde.

Vorschlag:

  1. Frachter sind völlig nicht aerodynamische Ansammlungen von Containern und anderen Strukturen. Sie benutzen die Triebwerke, um beim Wiedereintritt von der Orbitgeschwindigkeit abzubremsen, und schleppen sich dann verschwenderisch durch die Atmosphäre. Vielleicht kommen sie sogar ins Meer und verwandeln sich in Boote. Sie versuchen, in die Nähe ihres Ziels zu kommen.

  2. Sie haben Raumjäger und atmosphärische Kämpfer. Die atmosphärischen Jäger werden an Bord des Frachters transportiert und tauchen auf, wenn genügend Atmosphäre vorhanden ist. Einige könnten vom Hafen kommen und den Frachter hinein eskortieren. Die Raumjäger sind nicht-aerodynamische Kugeln.

Es gibt einen Punkt während des (langsamen, langsamen) Wiedereintritts des Frachters, an dem alle Raumjäger hereingekommen sind, aber die Atmosphärenjäger noch nicht draußen sind. Dann kommen die Piraten, und das sind diejenigen, die die doppelt fähigen Schiffe haben. Diese Schiffe müssen in ihrer engen Zone bleiben, da sie entweder von den Raumjägern oder den Atmosphärenjägern übertroffen werden.

Ich gebe dir, Battlefield Earth

Das Buch, nicht der Film, der so stark stank, dass man ihn in der Antarktis riechen konnte.

L. Ron Hubbard stand vor genau derselben Frage und kam zu derselben Antwort. Er hatte eine grundlegend undefinierte unbegrenzte Energiequelle, kombiniert mit der coolsten Idee auf dem Planeten: Teleportationsmaschinen (der Raum innerhalb der Maschine teleportierte sich und erzeugte Bewegung).

Aber die Technologie wurde von den Psychos verwendet, die eine bemerkenswert unkreative, aber völlig kapitalistisch getriebene Spezies waren. Und sie hatten nicht nur Energie und Triebwerke – sie hatten auch fast unzerstörbares Metall. Es war ihnen völlig egal , ob etwas besonders aerodynamisch war.

Was zählte, war, dass sie billig und wegwerfbar waren.

Und das ist der Punkt meiner Antwort

Wirtschaftlichkeit hat genauso viel (und gelegentlich mehr) mit Design zu tun als Aerodynamik. Flugzeuge sind nur so geformt, wie sie es tun, weil sie so sein müssen, um sie in der Luft zu halten. Wenn wir eine Art Schwerkraft hätten, die sie über Wasser hält, würden sie wie Busse aussehen, weil diese Form viel billiger zu bauen ist.

Wenn Ihre Welt also eine ignorierbare Wirtschaft hat, werden Formen Aerodynamik beinhalten, weil sich die Menschen sowohl die Kunstfertigkeit als auch den Nutzen leisten können. Wenn Sie keine zu vernachlässigende Wirtschaftlichkeit haben, werden die Kosten die Aerodynamik einschränken. Das Gleichgewicht wird sein: "Kann ich es mit akzeptablen Verlusten genug bewegen, um den Gewinn zu erzielen, den ich mir wünsche?" denn alles andere kostet mehr.

Wenn Sie kein Treibstoffbudget haben und Ihre Materialien stark genug sind, um aerodynamischen Belastungen standzuhalten, dann ist die Form des Jägers nicht sehr wichtig, um Enzo Ferrari zu zitieren:

„Aerodynamik ist für Leute, die keine Motoren bauen können.“

Ihr Unterschied zwischen Weltraum- und Atmosphärenjägern wird eher von der Waffenanpassung herrühren. Im Weltraum könnten Laser die beste Waffe sein, während diese in der Atmosphäre möglicherweise nicht so effektiv sind, sodass Raketen die beste Wahl sind. Die Fähigkeit Ihrer Piloten könnte darin liegen, das suboptimale Waffensystem zu verwenden.

Der perfekte Zweizweckkämpfer: A Sphere

Unbegrenzte Energie bedeutet, dass Sie so ziemlich alles mit der strukturellen Integrität deorbitieren und landen können, um in der Schwerkraft intakt zu bleiben. Die Aerodynamik begrenzt nur, wie schnell Sie sich in der Atmosphäre bewegen können, solange Sie ein Schneckentempo nicht stören, können Sie selbst die unbeholfensten Schiffe landen.

Ich glaube, es wurde in einer anderen Frage untersucht, aber der ideale bemannte Raumjäger sollte seine Triebwerke, Waffen und sein Cockpit haben, die sich alle unabhängig voneinander drehen können, um sowohl die Manövrierfähigkeit als auch die G-Toleranz zu maximieren (so dass der Pilot immer "Eyeballs" ist In").

Ein reiner Weltraumjäger kann billig und klobig sein, wenn zufälliges Zeug angeschraubt ist, aber wenn das in die Atmosphäre geht und versucht, sich mit irgendetwas zu bewegen, das Kampfgeschwindigkeit ähnelt, wird es unkontrolliert taumeln.

Die Lösung besteht dann darin, sicherzustellen, dass die gesamte Hardware in eine kugelförmige Hülle passt. Es wäre weniger flexibel in Bezug auf Beladung und Modifikationen als ein dedizierter Jäger beider Typen. Auch etwas weniger platzsparend als ein Raumjäger in Ziegelform, falls das wichtig ist.

Eine Kugel hat eine anständige Aerodynamik und vor allem keine bevorzugte aerodynamische Ausrichtung. Der Jäger kann sich immer noch drehen, stoßen und in alle Richtungen schießen, ohne dass die Luft versucht, ihn in eine bestimmte Richtung zu ziehen. Das Fehlen von Flügeln bedeutet nur, dass der Schubvektor angepasst werden muss, um die Schwerkraft zu berücksichtigen.

Sie können sogar leicht einen abnehmbaren halbkugelförmigen Hitzeschild anbringen, wenn Sie mit hoher Geschwindigkeit wieder einsteigen müssen.

Könnte eine Kombination aus billiger Energie und leistungsstarken Triebwerken ein gutes aerodynamisches Design in etwas verwandeln, das die Kosten nicht immer wert ist?
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