Cálculo del centro de gravedad de cualquier cohete o vehículo de lanzamiento

Entiendo que el centro de gravedad se puede calcular haciendo un modelo 3D del cohete o vehículo de lanzamiento cuando está completamente lleno y estacionario.

Pero en caso de ascenso continuo (es decir, masa que varía continuamente), ¿cómo se calcula la posición del centro de gravedad?

¿Se puede modelar esto en algún software?

Respuestas (1)

Las etapas típicas de cohetes líquidos apilan el combustible y el oxidante verticalmente en tanques separados. Si todo lo que necesita es el centro de gravedad y no necesita ser extremadamente preciso, puede modelarlo como masas de tres puntos: uno para la estructura seca, uno para el centro del volumen de combustible y otro para el centro del volumen de oxidante. A medida que se consume combustible, la masa de combustible disminuye hacia cero y el centro de masa del volumen de combustible se mueve hacia abajo desde el centro del tanque de combustible hasta el fondo del tanque de combustible; igualmente para el oxidante.

En efecto, ese modelo trata los tanques de combustible como cilindros. Los tanques de propulsor reales suelen ser cápsulas con extremos elipsoidales que cilindros simples, por lo que para obtener una mejor estimación, debe dividir los tanques en varias secciones.

Las etapas sólidas o impulsores generalmente se queman de adentro hacia afuera a lo largo de toda su longitud, por lo que el centro de masa del grano de combustible no se mueve tanto (aunque la sección transversal del grano probablemente varía a lo largo del impulsor, por lo que se desplaza un poco) . Para fines aproximados, puede modelar esto como una masa puntual fija para la carcasa y una masa puntual inmóvil, pero reductora, para el grano.

¿Habría una tendencia a que el CM de los cohetes de combustible líquido se moviera "hacia abajo" a lo largo del eje a medida que se consume el propulsor, mientras que para los sólidos, en todo caso, el CM podría moverse "hacia arriba"?
Dato curioso: el centro de gravedad del tanque propulsor de un tanque externo de transbordador lleno está prácticamente en su centro geométrico, al igual que uno vacío. Entonces, durante el lanzamiento, hay un CG longitudinal mínimo que luego salta hacia arriba. Recuerdo calcular dónde estaba este punto de inflexión, hace mucho tiempo.
@uhoh Liquid stage CM se mueve hacia abajo; El CM general del cohete tiende hacia arriba (debido a las etapas superiores y la carga útil). Los propulsores sólidos tienen algo de peso extra en la base (boquilla) que imagino que pesa más que la punta, por lo que su CM también debería moverse ligeramente hacia abajo.
@uhoh, los sólidos se queman de adentro hacia afuera, no tanto de abajo hacia arriba. Desea que el exterior permanezca cubierto de propulsor hasta que se queme.
@Hobbes hay varios diseños para la forma en que se queman los sólidos y no es necesariamente 100% uno u otro. Sin embargo, sólo la diferencia longitudinal hace alguna diferencia en este contexto.