Sind „klassische“ Gravity Turns noch im Einsatz und als solche erkennbar?

Wenn ich das richtig verstehe, bezieht sich der Begriff "Schwerkraftdrehung" auf eine bestimmte Art und Weise, auf effiziente Weise von der anfänglichen nahezu vertikalen Startrichtung in eine endgültige tangentiale Umlaufbahnrichtung zu drehen. Es wird als ein relativ kleiner tangentialer Schubs beschrieben, der zu einem Anstellwinkel von im Wesentlichen Null (oder Verschiebungswinkel - ich habe separat danach gefragt ) zurückkehrt, und die Flugbahn dreht sich natürlich langsam "seitwärts" in die tangentiale Richtung.

Wie uns das Kerbal-Wiki weise lehrt:

Sobald eine bestimmte Höhe erreicht ist, wird eine leichte Drehung gemacht, die als Pitchover-Manöver bezeichnet wird . Durch leichtes Abwenden von der Vertikalen zieht die Schwerkraft den Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeugs nach unten in diese Richtung, und das Fahrzeug muss sich neigen, um ihm zu folgen.

In modernen, großen Trägerraketen mit ausgeklügelten aerodynamischen Modellen und vektoriellen und gedrosselten Schubkräften wird das klassische Schwerkraftwendemanöver immer noch angenähert – entweder durch Design oder Zufall – oder ist die tatsächliche Wende das Ergebnis eines so komplexen Optimierungsproblems, dass eine klassische Schwerkraftwende per se nicht mehr erkennbar?

Vielleicht möchten Sie sich Folgendes ansehen: space.stackexchange.com/questions/6031/… Die Frage betrifft die Geschwindigkeit; aber die Antwort zitiert viele relevante Materialien
@ Antzi danke! Ja, ich bin mir nicht sicher, ob es auf der Erde auch nur annähernd eine gute Idee ist, einer Endgeschwindigkeitshüllkurve zu folgen. Ich habe das Kerbal-Zitat gewählt, weil die Bilder der Schwerkraft, die an einem Geschwindigkeitsvektor zieht, "faszinierend" sind. Ich kann als separate Frage fragen, wie man die Gravitationskraft auf einen Geschwindigkeitsvektor berechnet. ;-)
Gravity Turn ist das minimale AoA-Manöver, also zumindest durch die dichte Atmosphäre immer noch wünschenswert.
@RussellBorogove Wenn ich mir die Daten der Startbahn ansehe, gibt es ein Unterscheidungsmerkmal, das eine Kurve, die ungefähr eine Schwerkraftkurve war, von einer Kurve unterscheiden würde, die dies nicht war? Die Daten könnten auch aus Simulationen stammen, ohne zu sagen: "Alle Kurven sind im Grunde Schwerkraftkurven, weil sie am effizientesten sind."
Jeder Zeitraum während des atmosphärischen Aufstiegs, in dem die Rakete nicht vertikal ist und ihre AoA nahe Null ist, ist per Definition eine Schwerkraftwende. Ich hatte gehofft, dass Braeunigs Saturn V-Simulation AoA in tabellarischen Ergebnissen zeigte, aber kein Glück.
(Alternativ, wenn es Überschall ist und nicht auseinanderfällt, ist es wahrscheinlich ziemlich nahe an der Schwerkraftwende. ;)
@RussellBorogove, für mich hört es sich so an, als wäre die Vermeidung seitlicher Belastungen in der Praxis tatsächlich wichtiger als die Effizienz der Kurve, wo viele Beschreibungen beginnen.
"Schwerkraftwende" ist nicht sehr spezifisch, daher kann man nicht wirklich Effizienzansprüche darüber stellen. Die Größe und das Timing des anfänglichen Nickens, kombiniert mit dem Beschleunigungsprofil der Rakete, bestimmen, wohin eine Gravitationskurve tatsächlich führt. Eine g-Drehung, die mit 1/10 Grad Pitchover beginnt und mit 250 m/s ausgeführt wird, ist kaum effizienter, als vertikal bis zur Apoapsis zu gehen; einer, der mit 6 Grad Neigung bei 50 m/s beginnt, wird heute wahrscheinlich nicht ins All gehen. Sobald die dichte Atmosphäre verlassen ist, hat die Führung viel mehr Freiheit - Trägerraketen mit hohem Schub werden flacher, während Trägerraketen mit niedrigem Schub abheben.

Antworten (2)

Ares I wäre sehr nahe an einer idealen Gravitationswende in der Atmosphäre geflogen. Ein Papier, das die einfachste Anleitung zum Umkippen auf einem anfänglichen Azimut und dann zum Fliegen mit im Grunde null AoA bis zur SRB-Trennung enthält, ist hier:

https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20080048217.pdf

Es gibt hier ein anderes Papier, in dem festgestellt wird, dass Sie eine etwas bessere Leistung in Bezug auf die eingespritzte Masse erzielen können (wenn ich es richtig lese, insbesondere wenn ich die Hülle berücksichtige, wie es durch Winde gestört werden könnte), indem Sie die Flugbahn mit einer stark eingeschränkten aerodynamischen Biegung optimieren Moment und Zulassen, dass der AoA von Null variiert, solange die Beschränkung erfüllt ist (mit Führung im geschlossenen Regelkreis).

https://www.researchgate.net/publication/239415099_Highly_Constrained_Optimal_Launch_Ascent_Guidance

Wenn Sie sich Abbildung 9 ansehen, ist die gepunktete rote Linie die Open-Loop-Schwerkraftdrehung und die obere Abbildung zeigt, dass sie bis etwa 120 Sekunden null AoA hat. Die blaue Linie ist die optimierte Closed-Loop-Führung, die sie übertrifft. Aber bis etwa 80 Sekunden sieht es für mich so aus, als würde sich die Schwerkraft drehen ...

Andere Raketen, die nicht so stark eingeschränkt werden müssen (jede andere Rakete als Ares I), können davon profitieren, mit höheren AoAs zu fliegen. Ich glaube also, dass etwas wie der Falcon 9 etwas höher fliegen würde, um vom Bodylift (der Raketenkörper wirkt wie ein Flügel) zu profitieren, bis die Belastung der Fahrzeugstruktur ein Faktor wurde (oder irgendwann Luftwiderstand und aerodynamische Instabilität). ?). Aber ein solcher Aufstieg wird bei einem naiven "Augapfel" -Test ziemlich genau wie eine Null-AoA-Flugbahn aussehen (insbesondere im Vergleich zu einigen meiner stark von Null verschiedenen AoA-KSP-Starts).

Ich weiß also nicht, ob das hilft, Ihre Frage zu beantworten. Raketen fliegen immer noch so ziemlich Null-AoA-Schwerkraftkurven mehr oder weniger. Aber man kann es immer besser machen, also werden sie nicht mit perfekt Null-AoA-Schwerkraftkurven geflogen.

(Und ich habe überlegt, so etwas wie den Null-AoA-Gravitationsalgorithmus von Ares I in MechJeb zu implementieren, um das Pitch-Programm für PEG-Starts zu optimieren, obwohl ich nicht glaube, dass ich jetzt in diese Richtung gehen werde.)

Das ist genau die Art von Antwort, die ich gesucht habe, danke!
Gemäß dieser QA ist das Loften eines Falcon 9 gegen Ende der Verbrennung der ersten Stufe mit bloßem Auge erkennbar: space.stackexchange.com/questions/20916/…
Das sieht ähnlich aus wie die AoA-Kurve im zweiten Papier dort, wo die AoA nach 80 Sekunden abweichen darf (die F9-Schüsse dort sind T+90).
Wenn Sie "Squatcheloid" googeln, finden Sie auch einige Diskussionen über die zulässige Hüllkurve des Produkts aus Alpha (AoA) mal Q (dynamischer Druck) oder Beta (Schiebewinkel) mal dynamischer Druck.

Manchmal kann man @RussellBorogove einfach nicht dazu bringen, zuzugeben, dass diese wirklich hilfreichen Kommentare zu einer wirklich guten Antwort werden können. Also, bis diese Zeit kommt ... werde ich diese Copy/Paste-Antwort vorübergehend akzeptieren.

Von hier :

Jeder Zeitraum während des atmosphärischen Aufstiegs, in dem die Rakete nicht vertikal ist und ihre AoA nahe Null ist, ist per Definition eine Schwerkraftwende.

und von hier

(Alternativ, wenn es Überschall ist und nicht auseinanderfällt, ist es wahrscheinlich ziemlich nahe an der Schwerkraftwende. ;)

Ein erkennbares Merkmal der allgemeinen Idee einer Schwerkraftwende kann also die Tatsache sein, dass die Wende erfolgt, ohne dass die Rakete von der Richtung weggekippt wird, in der sie sich (sehr stark) mit Schub durch die Luft bewegt. Ich finde. Die zusätzliche strukturelle Masse, die erforderlich ist, um Seitenspannungen bei Überschallgeschwindigkeit zu bewältigen, ist ein großer Nachteil - und wenn Sie sie nicht hinzufügen, würden Sie die strukturelle Integrität verlieren, wenn Sie versuchen würden, durch Vektorschub eine wesentliche Kurve zu fahren.

Eine bessere/vollständigere Antwort ist immer willkommen!
Manchmal stellt sich heraus, dass meine wirklich hilfreichen Kommentare nur die halbe Geschichte erzählen, und ich merke es erst ein Jahr später: space.stackexchange.com/questions/20916/…
@RussellBorogove Nun, sie sind immer hilfreich, egal was sonst noch passiert!
Re ... und seine AoA ist nahe Null ist per Definition eine Gravitationswende " Wessen Definition? Eine klassische Gravitationswende bedeutet, dass der Schub entlang des Trägheitsgeschwindigkeitsvektors und nicht des planetenfesten Geschwindigkeitsvektors gerichtet ist. Der Anstellwinkel wird in Bezug auf die gemessen lokale Winde. Die Erdatmosphäre bewegt sich mehr oder weniger mit der rotierenden Erde. Mein Verständnis von "Schwerkraftdrehung" ist, dass es sich um einen tautologischen Begriff handelt. Eine "Schwerkraftdrehungs"-Trajektorie optimiert etwas wie den Treibstoffverbrauch oder die Masse in der Umlaufbahn. Also natürlich a Die Schwerkraftkurvenbahn ist per Definition die optimale Flugbahn.
@DavidHammen Ich verstehe, was du meinst. Fühlen Sie sich frei, hier eine Antwort hinzuzufügen und/oder werfen Sie einen Blick auf Anstellwinkel oder Verschiebungswinkel?
Sind „klassische“ Gravity Turns noch im Einsatz und als solche erkennbar?
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