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SpaceX飞船以每小时17000英里的速度重新进入大气层时,它的机翼会受到多大的力?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-12-17 09:04:41

当SpaceX飞船以每小时17000英里的速度重新进入大气层时,它的机翼会受到多大的力?有可能用它的机翼来控制星舰吗(因为机翼上有很大的力作用)?

由于不知道SpaceX公司那些聪明的人设计的具体重返大气层的剖面图,要得到确切的数据有点困难,但还是有可能得到一些“信封背面”的数据,可以给我们一个合理的想法。为了论证起见,我要说飞船上的最高负荷将大约相当于飞船在最大Q起飞时的体验,所以我将在大约50公里高度从高超音速过渡到超音速的情况下运行。

这给了我们一个5马赫的起点,或1700米/秒的速度,空气密度是海平面的1/10。在查看了星际飞船控制表面的图片后,看起来最大的控制表面大约有40平方米的面积。

SpaceX飞船以每小时17000英里的速度重新进入大气层时,它的机翼会受到多大的力?

猜测星舰控制襟翼的阻力系数是很尴尬的,但垂直于流体流动的平面是1。2,所以我们将继续这样的想法,星舰已经完全展开了它的襟翼,以获得最大的阻力,因此力。

这就得到Fd = 1/2(0.12)(1700x1700)(1.2)(40) = 8.3 MN的值

这几乎等于850吨!

考虑到控制襟翼是4米宽,这对令人难以置信的16.6 MNm驱动器的扭矩负载。

现在我们知道SpaceX正在使用特斯拉驱动电机作为执行器,特斯拉电机可以轻松地从零转数达到600Nm,最高转速可达18000 rpm,这就给扭矩倍增系数留出了一些余地。你可以让一个马达通过1:1000的减速箱来提供0.6 MNm的扭矩,并且在不到一秒的时间内仍然有90度的襟翼速度。将多个电机组合在一起,您可以进入MNm范围的扭矩,足以应对这种极端最坏的情况。

我依稀记得埃隆·马斯克谈到过需要的襟翼力量,他说过这些力量是巨大的,在“megaNewton范围”,所以我猜他已经坐下来计算过数字了。有趣,不是吗?

请记住,这些数字是基于最坏的情况,最高负载的情况下可能,其中一艘星舰达到最大Q与“制动充分”。降低襟翼的迎角,负载会迅速减小,在大多数情况下,我们可以合理地预期襟翼在此时会收起大部分,只做轻微的运动,以调整飞行器的姿态。

即便如此,这台机器将要处理的负荷是巨大的。在可能性的范围内,但仍然是史诗。
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