Was sind die Vor- und Nachteile von Aerospike-Nasenkegeln?

Aerospike-Nasenkegel haben ein paar große Vorteile, die ich, um sie vollständig zu verstehen, ein wenig Hintergrundwissen geben müsste.

Auf die Gefahr hin, mich selbst zu datieren, "Sherman, setze die WABAC-Maschine auf die 1950er Jahre":

Die Vereinigten Staaten hatten ein Problem. Es versuchte, eine Rakete mit einer Reichweite von 1.000 Meilen zu entwickeln, die auf der Arbeit von Wernher von Braun und einer Reihe anderer deutscher Wissenschaftler nach dem Krieg beruhte. Es wurde allgemein anerkannt, dass der effizienteste Weg, eine Rakete mit dieser Reichweite zu fliegen, darin besteht, sie aus der Erdatmosphäre in den Weltraum zu starten und sie am gewünschten Aufprallpunkt wieder in die Atmosphäre eintreten zu lassen. Wann immer sie jedoch versuchten, etwas aus einer Höhe von über 100 Meilen wieder zu betreten, schmolz es durch die Reibung der Luft, die sich darüber bewegte. Konventionelle Weisheit sagte allen, dass die Antwort darin bestand, die Nasenkegel stromlinienförmiger zu machen - das heißt, sie länger und schärfer zu machen, wie eine Kugel. Aber egal wie scharf oder stromlinienförmig sie versuchten, es zu machen, der Nasenkegel schmolz weiter.

Aber dann kam H. Julian „Harvey“ Allen daher. Er war einer der größten Ingenieure unserer Zeit und entsprach so ziemlich jedem Klischee über Ingenieure. Er war seltsam, enthusiastisch, willkürlich in seinem Denken und brillant. Und Harvey hatte eine Idee:

Wenn die Nasenkegel aufgrund der extremen Reibung weiter schmolzen, bestand die Antwort vielleicht darin, sie weniger stromlinienförmig zu machen. Er brachte die Idee auf, den Nasenkegel wie eine "Kanonenkugel aus dem Bürgerkrieg" aussehen zu lassen. Er und seine Kollegen führten die Zahlen durch und veröffentlichten 1953 ein Papier, in dem es hieß: "Spitze Körper sollten nicht nur vermieden werden, sondern der abgerundete Nasenkegel sollte einen möglichst großen Radius haben." Durch eine große, runde Nasenspitze entwickelt Ihr Körper eine extrem turbulente Grenzschicht an seiner Vorderkante. Diese Grenzschicht endet tatsächlich mit einer ziemlich stabilen Temperatur und schützt Ihren Körper vor der übermäßigen Hitze des Wiedereintritts.

Bis 1955 hatte die Luftwaffe Harveys Idee übernommen und die Atlas ICBM entwickelt.

Ok, lassen Sie uns in die 1970er und die Einführung des Aerospikes vorspulen. Wenn sich ein Körper Mach 1 nähert und überschreitet, erfährt er eine enorme Menge an Hitze und Turbulenzen. Es ist wirklich schwierig, etwas in einer so intensiven Umgebung zu manövrieren und zu kontrollieren. Nun, wir wussten aus den 1950er Jahren, dass Raketen runde Nasenkegel brauchten, um Reibung und aerodynamische Erwärmung zu reduzieren, aber wir wussten auch , dass wir spitze, stromlinienförmige Körper brauchten, um den Luftwiderstand zu reduzieren und Treibstoff zu sparen, wenn sie die Atmosphäre verlassen. Das Hinzufügen eines Aerospikes zu einem großen, runden Nosecone ist eine großartige Lösung, die Ihnen das Beste aus beiden Welten bietet! Der Aerospike durchdringt die Luft vor dem Körper und verdrängt die Stoßwelle, wodurch Luftwiderstand und Reibungs-/Druckänderungen um den Körper herum reduziert werden.

Es gibt weitere Vorteile für einen Aerospike, der eines Tages Überschallreisen über die kontinentalen USA ermöglichen könnte (etwas, das derzeit – hauptsächlich – aufgrund von Lärm verboten ist). Durch einen langen Aerospike können Sie mehrere kleine Stoßwellen anstelle einer sehr großen Stoßwelle erzeugen. Es ist das Hauptmerkmal des „Quiet Supersonic Jet“. Das gilt weniger für Ihre Frage zu Interkontinentalraketen - es ist eher ein lustiger Leckerbissen, den ich dort einwerfen wollte, da ich vor ein paar Jahren an der QSJ gearbeitet habe.

Sie werden feststellen, dass es auf von U-Booten gestarteten Interkontinentalraketen verwendet wird. Stumpfe Nasen sind sehr effizient für die Rakete, um aus dem Wasser zu kommen (und sind kürzer als lange, profilierte, was beim U-Boot-Durchmesser hilft), aber sie sind nicht großartig in der Atmosphäre; daher der einsetzbare Aerospike, um sie in beiden Medien effizient zu machen.