Warum war das Fahrwerk des Space Shuttle Orbiter nicht gerade?

Wenn man sich ein Bild des Orbiters am Boden ansieht , ist es offensichtlich, dass das Bugfahrwerk höher positioniert ist als das andere Fahrwerk in den Flügeln, wodurch die Nase des Orbiters herunterfällt. Soweit ich weiß, war der Orbiter das einzige Luftfahrzeug, dessen Nase nach unten gerichtet war; Die meisten anderen Flugzeuge haben ein waagerechtes Fahrwerk, oder wenn nicht, haben sie ein Spornradfahrwerk mit der Nase nach oben. Was ist der Grund dafür?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Keine Antwort, aber ich denke, es ist bemerkenswert, dass die meisten Flugzeuge ebene oder nach oben gerichtete Flügel am Boden benötigen, um von einer Landebahn abzuheben. Aber das Shuttle verließ den Boden nie auf diese Weise. Es brauchte sich nur um die Landung zu kümmern.
Es ist nicht das einzige Luftfahrzeug, das mit der Nase nach unten auf dem Boden steht. Einige kleinere Regionaljets (z. B. der CRJ-900) sitzen ebenfalls in einer leicht nasetiefer Haltung.
Also wird es vom Hauptfahrwerk landen und erst viel später mit weniger Gewalt die Nase fallen lassen? Ein bisschen wie alle Flugzeuge? Beim Shuttle ist es nur ausgeprägter, da das Shuttle niemals versuchen wird, aerodynamisch abzuheben, und sich daher einen starken negativen Winkel an den Flügeln leisten kann, sobald alle Räder auf dem Boden sind. Und natürlich kleineres Rad = weniger Masse.
Ich frage mich auch, wie wichtig der Drogue Chute (der ausfährt, während das vordere Fahrwerk noch in der Luft ist) in dieser Hinsicht war. Da es über den Motoren angebracht war, muss es eine ziemlich starke Aufwärtsneigung verursacht haben, die den vorderen Aufprall bremsen würde.

Antworten (1)

Hier stellen sich eigentlich zwei Fragen: Warum ist das Hauptfahrwerk lang und warum ist das Bugfahrwerk kurz?

Das Hauptfahrwerk der meisten Flugzeuge ist so ausgelegt, dass es den größten Teil des Flugzeuggewichts trägt, und daher sind sie in der Nähe (etwas hinter) des Schwerpunkts positioniert. Das Space Shuttle landet aufgrund seiner Delta-Flügel in einem hohen Anstellwinkel (eine sehr nase-oben-Haltung). Um einen ausreichenden Freiraum zu schaffen, um einen Heckschlag zu vermeiden, muss das Hauptfahrwerk lang sein.

Tail-Scraping-Haltung
Shuttle-Crew-Betriebshandbuch - Abschnitt 4.9-1

Concorde hatte auch Deltaflügel und landete mit einem hohen Anstellwinkel. Es hatte ebenfalls ein sehr langes Hauptzahnrad.

Concorde-Landung
Quelle: Wikipedia

Um den Gang für ein- und aussteigende Passagiere auf gleicher Höhe zu halten, benötigte Concorde außerdem ein langes Bugfahrwerk.

Warum hatte das Shuttle also keine lange Bugfahrwerksstrebe? Um Gewicht zu sparen. Jedes Pfund/kg Masse, das Sie der Bugfahrwerkstrebe hinzufügen, führt zu einer viel geringeren Nutzlast, die Sie in den Weltraum mitnehmen können. Das Shuttle hatte keine Passagiere, die den Gang auf und ab gingen, also gab es keine große Anforderung, es gerade zu halten.

Eine interessante Folge des negativen Anstellwinkels (mit der Nase nach unten) nach dem Aufsetzen war, dass das Hauptfahrwerk zusätzlich belastet wurde. In diesem Winkel möchte der Flügel das Shuttle nach unten in die Landebahn "heben". Nachdem das Bugfahrwerk aufgesetzt hatte, wurden die Höhenruder um 10 ° nach unten positioniert, was den Anstellwinkel des Flügels veränderte und dazu beitrug, das auf das Hauptfahrwerk ausgeübte Gewicht zu reduzieren. Dies wurde als "Elevon-Entlastung" bezeichnet. Siehe Shuttle-Crew-Betriebshandbuch – Abschnitt 7.4-19

Ein interessanter Nebeneffekt, "Bugfahrwerks-Slapdown" war oft der treibende Lastfall für eine Shuttle-Mission.
Ich würde hinzufügen, dass andere Flugzeuge mit Deltaflügeln die Nase oben halten müssen, um den Anstellwinkel aufrechtzuerhalten, der zum Abheben von einer Landebahn erforderlich ist. Das Shuttle hatte natürlich keine solche Anforderung.
Piep-Trimm-Derotation! Gute Antwort.
@Nimloth Nun, technisch gesehen hat das Space Shuttle die absolut höchste AoA-Anforderung (gerade nach oben) während des Starts, aber das hat nichts mit seinen Fahrwerken zu tun.
@Nelson, wenn Sie wirklich technisch sein wollen, bedeutet eine geradlinige Haltung keine hohe AoA. Wenn Sie von Windstille ausgehen, dann ist Ihre AoA einfach der Winkel zwischen der Ausrichtung Ihrer Nase und der Fahrtrichtung. Wenn Sie gerade nach oben zeigen und gerade nach oben reisen, dann ist Ihr AoA null.
@Nimloth Die Flügel des Shuttles waren im Verhältnis zum Fahrzeug auch viel kleiner, so dass es nicht einmal wirklich fliegen konnte, sondern nur zu einer Landung gleiten konnte. Es ist nicht so, dass die NASA es jemals schaffen würde, den Turm eine Weile zu umkreisen, bevor sie eine Landebahn räumt. Es hatte im Grunde einen Annäherungsversuch nach dem Wiedereintritt (und vielleicht ein Notfall-Backup etwas weiter in ungefähr der gleichen Richtung? Ich glaube jedoch nicht, dass das jemals benötigt wurde.)
@BretCopeland: Wenn Sie noch technischer sein wollen, müssen Flügel nicht perfekt mit der Nase ausgerichtet sein, also ist AoA eigentlich der Winkel zwischen Ihren Flügeln und der Fahrtrichtung. (Zum Beispiel winkeln Flugzeuge die Flügel relativ zum Körper um ein paar Grad nach oben, damit sie die AoA des Reiseflugs mit der Nase noch näher an der Ebene halten können. Dies verringert den Luftwiderstand, da der Körper kein so effizienter Flügel ist wie die eigentlichen Flügel, also Sie Ich möchte, dass es näher an der Nase liegt.) Ich nehme an, dass das Mischen die Flügel mit der Nase ausrichtet, damit sie den Luftwiderstand an allen Teilen gleichzeitig für die Wiedereintrittsheizung minimieren können, also stimmt es dort.
@DarrelHoffman: Ich habe es in Simulationen gesehen, wo ein 360 als Reaktion darauf gemacht wurde, viel zu hoch zu kommen. In den frühen Tagen war in den OMS-Motoren möglicherweise sogar Kraftstoff übrig, der zur Feinabstimmung verwendet werden konnte, aber in den späteren Tagen war dies nicht mehr der Fall.
@DarrelHoffman: Ja, das habe ich mir auch gedacht. Shuttle und Concord haben beide kleinere Flügel als typische Unterschallflugzeuge. Delta-Flügel ermöglichen eine hohe AoA ohne Abwürgen (glaube ich), aber die Tatsache, dass sie es bei Landegeschwindigkeit brauchen, um eine vernünftige Sinkrate zu erreichen, könnte darauf zurückzuführen sein, dass sie kleinere Flügel haben, als Sie für ein Unterschall-Kreuzfahrtdesign wünschen würden. Stimmt das, @Bret? Ich denke, andere zu betrachtende Deltaflügelflugzeuge könnten Mirage / Rafale-Jäger sein, da Jäger, obwohl sie für den Überschallbetrieb ausgelegt sind, große Flügel für ihre Größe haben (für die Wendegeschwindigkeit).
@PeterCordes Delta-Flügel ermöglichen und erfordern eine hohe AoA im Flug mit niedriger Geschwindigkeit, während sie gleichzeitig unter transsonischen und Überschallbedingungen gut funktionieren.
Ich vermute, dass das lange Bugfahrwerk der Concorde mehr mit der herunterhängenden Nase zu tun hat als damit, den Boden der Passagiere eben zu halten. Wenn Sie sich das Bild nur ansehen, sieht es nicht so aus, als könnten Sie es viel kürzen, ohne die Nase auf der Landebahn zu kratzen.
Ich werde den Gewichtseinsparungskommentar ergänzen. Es würde nicht nur das direkt mit der körperlichen Ausrüstung verbundene Gewicht eingespart, sondern auch der entsprechende Ballast, der benötigt wird, um den Schwerpunkt nach hinten zu verlagern. Zumindest gegen Ende des Programms wurde der Orbiter mit maximalem Ballast geflogen, da er naturgemäß so frontlastig war (insbesondere in Contingency-Return-Szenarien).
Interessanter Punkt zum Thema "Entlastung". Bei normalen Flugzeugen möchte man das Hauptfahrwerk während der Landung möglichst stark belasten, um eine bessere Radbremsung zu ermöglichen - daher Spoiler etc. (Die Auslegungslast für das Fahrwerk kommt ohnehin aus dem Landeaufprall). Ich bin immer davon ausgegangen, dass der negative Auftrieb bei einer solchen Einstellung der Hauptvorteil einer solchen Anordnung für das Shuttle ist.
Eine andere interessante Sache, die es wert ist, erwähnt zu werden, könnte sein, dass die Sowjets eine Testversion von Buran bauten , die aus eigener Kraft horizontal abheben konnte. Und es hatte notwendigerweise ein hohes Bugfahrwerk mit einer positiven (Nase nach oben) Haltung am Boden.
@nelson AoA ist relativ zur Luftbewegung, nicht zum Boden!
Warum war das Fahrwerk des Space Shuttle Orbiter nicht gerade?
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