¿Cómo se transmite el empuje desde los refuerzos de correa hasta el núcleo central?

La correa de los propulsores de muchos vehículos pesados ​​de lanzamiento parece estar unida con solo unos pocos puntales "débiles".

Aquí hay algunas imágenes para referencia:Imagen de Falcon Heavy, en LC39A Lanzamiento del delta 4

Algunas de las posibilidades:

  1. Estas estructuras de soporte de los strap-ons son extremadamente fuertes y están bien diseñadas para transferir el empuje.

  2. Hay otras estructuras de soporte ocultas para soportar/transferir el empuje al núcleo central.

  3. Algo así como una mezcla de las dos posibilidades anteriores o algo diferente a lo enumerado.

Entonces, ¿cómo se transmite realmente el empuje al núcleo central?

@RussellBorogove en su respuesta vinculada, el caso es Soyuz que tiene la correa al ras con el núcleo. Pero el caso que estoy viendo específicamente es el FH, Delta, etc., donde solo hay 2 varillas delgadas que se conectan en la parte superior e inferior.
Algo que vale la pena señalar, los puntales en la parte superior también estarían siendo empujados hacia el núcleo debido a la acción de torsión de los impulsores laterales (dependiendo de cualquier vectorización).
Recuerde que la correa debe levantarse primero antes de transmitir fuerza a la etapa central. Entonces, no todo el empuje se imparte directamente a los puntales.
No entiendo la pregunta: según las imágenes, claramente esos puntales son las únicas cosas que conectan los impulsores al núcleo. ¿Qué más podría ser?

Respuestas (2)

Es un problema de sentido de la escala. Por mucho que los puntales parezcan trozos endebles de tubería de drenaje, esos cohetes tienen alrededor de 15 metros de ancho, y los puntales se parecen más a las pesadas vigas de acero que se usan para sostener edificios enteros.

Así que sí, son realmente fuertes.

El diámetro del núcleo de Falcon Heavy es de 3,66 m; a partir de la imagen, estimo que los puntales superiores miden unos 24 cm o 9" de altura. El núcleo de Delta Heavy mide 5,1 m; la imagen es demasiado borrosa para estimar con precisión el tamaño de los puntales.
Utilizando un enfoque similar, obtuve 36 cm (14”) para cada uno de los dos puntos de fijación inferiores del Delta Heavy. Pero sí, es complicado encontrar algo mucho más preciso que "mucho más grande de lo que parece".
Además, la gente subestima la fuerza del metal sólido. Un científico se quedó asombrado cuando le dije que un solo perno de acero de 1/4 de pulgada (6 mm) de alto grado es bueno para 3-4 toneladas.
@user71659: Ahora me siento como un gorila por romper uno.
@ChrisStratton [cita requerida] Hay empresas que venden pernos de un cuarto de pulgada con cargas por falla de tensión de 4,3 toneladas

Para Delta IV Heavy, según Spaceflight101 :

Los CBC que funcionan como propulsores están unidos al núcleo central mediante puntales de empuje que interactúan con la sección entre etapas del lanzador para transferir cargas desde los propulsores al resto del vehículo. Los puntos de fijación adicionales residen en la base del vehículo, justo encima de los escudos térmicos del motor.

Los "puntales de empuje" descritos son las piezas horizontales delgadas cerca de la parte superior de los impulsores. Los "puntos de conexión adicionales" se encuentran en la parte inferior de la parte cilíndrica de los núcleos, justo encima de los escudos térmicos cónicos de cola de barco alrededor de los motores. Este diagrama da una vista ligeramente mejor de este último:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Todo el diferencial de fuerza entre los propulsores y el núcleo central pasa por esos puntos de conexión.

Para Falcon Heavy , la configuración es similar:

Los propulsores están conectados a la etapa central central a través de interfaces estructurales en la sección de popa e interfaces que conectan la parte superior de los propulsores al área entre etapas del Falcon Heavy a través de puntales de empuje para transferir cargas al vehículo. La separación de los propulsores se logra usando pinzas en las interfaces estructurales, evitando el uso de pirotecnia ya que SpaceX prefiere usar sistemas que puedan probarse y reutilizarse. El sistema de control de reacción de los impulsores asegura una separación limpia de la etapa central.

Los puntos de conexión base parecen ser singulares, en lugar de duales como en el D4H:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Los puntales son bastante sustanciales; a partir de la primera imagen de la pregunta, estimo que la altura de los puntales superiores es de unos 24 cm.

Para Soyuz, la fuerza parece transmitirse por completo a los enchufes cerca de la parte superior de la etapa central que están enganchados por la punta de los propulsores; Creo que las correas en la base mantienen los elevadores en posición sin transmitir una carga significativa.

¿Alguien sabe cuánto empuje se transfiere a través de los accesorios superiores (resp. inferiores) en cada caso?
Estoy realmente sorprendido de cómo piezas tan pequeñas pueden transferir cargas tan grandes. También tengo curiosidad por saber la parte de la carga como lo señaló Steve. @russell, ¿hay alguna referencia/cálculo/explicación de por qué la carga en el puntal superior de una correa será la más grande?
@karthikeyan recuerda que una parte significativa del empuje de un refuerzo lateral se usa para acelerar su propia masa
Ni idea de cómo se distribuye la carga. El punto de Jack es bueno, aunque tanto en el caso del D4H como en el del Falcon Heavy, el núcleo central se reduce a ~55 % mientras los impulsores laterales se queman y la palanca central soporta la masa de la etapa superior y la carga útil.
@Jack Estaba pensando en lo mismo, pero ¿no llevaría el argumento a un punto en el que se cuestiona la ventaja adicional de los refuerzos? ¡No he resuelto las matemáticas, pero discutiendo cualitativamente!
El tanque externo del transbordador y los propulsores de cohetes sólidos se mantuvieron unidos por solo unos pocos pernos y accesorios. Grandes pernos en comparación con la experiencia cotidiana, pero aún así.
@karthikeyan No, ese es solo el problema fundamental con los cohetes. La mayor parte de la masa de las naves espaciales está ahí para mover el vehículo en primer lugar. Las proporciones de masa de alrededor de 25 están alrededor del límite de nuestra tecnología (¡con puesta en escena!): la carga útil de Saturno V fue el 4% de su masa de lanzamiento; el Shuttle solo tenía el 1%. Los cohetes son una forma ridícula de poner cosas en órbita, no los usaríamos si tuviéramos algo mejor: D Los SRB en el transbordador tenían un empuje de lanzamiento solo el doble de su propio peso, por lo que, de hecho, en el lanzamiento , la mitad de su empuje era para levantarse ellos mismos. Entonces, los puntales sólidos de 24-35 mm son masivos .
@Luaan Shuttle puso en órbita alrededor del 4,5% de su masa de lanzamiento; fue solo por razones sentimentales que la mayor parte fue devuelta a la Tierra. ;)
@RussellBorogove: En parte por razones sentimentales y en parte por querer evitar demandas de las familias de los miembros de la tripulación.
La diferencia en la fuerza vertical, que es la única fuerza que se produce entre cada propulsor y el núcleo, es solo la fuerza necesaria para acelerar la diferencia de masa entre el propulsor y la sección central, es decir, aproximadamente la segunda etapa, el transporte y la carga útil. La segunda etapa parece tener una masa que incluye combustible de alrededor de 100 t, lo que necesitaría 4 MN (equivalente a 400 t) para una aceleración de 4 g (o ~40 m/s^2). Las 3 primeras etapas proporcionarían las 400 t, lo que genera una fuerza de ~133 t (1,3 MN) por etapa, que debería ser la fuerza diferencial. Muy lejos de los 7,6 MN de empuje por refuerzo/núcleo. Añadir carga útil.
@PeterA.Schneider Core está limitado a ~55 %.
@RussellBorogove ¿Para ahorrar combustible para continuar después de la separación del refuerzo?
@PeterA.Schneider Y para evitar acelerar demasiado rápido.
@RussellBorogove Entonces, ¿cuál es su mejor estimación de la fuerza máxima que deben soportar los puntales? ¿Qué es max g con impulsores adjuntos? ¿Cuál es entonces la fuerza diferencial si los propulsores también deben acelerar el núcleo pesado? (Por supuesto, depende del nivel de combustible del núcleo, ya que esa es la masa total, por lo que para una aceleración dada, las fuerzas, en general y, por lo tanto, diferenciales, serían mayores cuando estuvieran llenos).
¿Cómo se transmite el empuje desde los refuerzos de correa hasta el núcleo central?
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