¿Cuál es la forma ideal para un cohete?

Obviamente, hay muchos factores que intervienen en el diseño de un cohete. Sin embargo, para mí, muchos cohetes parecen muy altos y delgados.

Lo que quiero decir es que un cohete ideal tendría la menor masa utilizada para la estructura del tanque y contendría la máxima cantidad de combustible. Lo cual, si operara en el vacío, requeriría un tanque esférico. Es decir, las proporciones de área superficial (masa seca) a volumen (masa de combustible) serían peores en un cohete alto y delgado.

Sin embargo:

  • Lanzar un cohete requiere atravesar la atmósfera.
  • Una forma aerodinámica tiene menos resistencia que una esfera.
  • Fabricar una esfera es mucho más difícil que fabricar un cilindro.

Entonces, para un cohete de una sola etapa, asumiría que un cohete en forma de bala con una relación de longitud a diámetro de 3: 1 sería ideal para un cohete lanzado desde la Tierra.

Y para un cohete de etapas múltiples, la etapa superior tendría algo así como una relación de 3:1, y las etapas inferiores algo así como 1:1 - 2:1 de longitud a diámetro.

Ahora, los diseñadores de cohetes son gente razonablemente inteligente y probablemente hayan pensado en esto;

Entonces, ¿qué me estoy perdiendo? ¿En qué parte de mis estimaciones/cálculos generales he hecho suposiciones ingenuas?

Los factores distintos de la aerodinámica se abordan en esta pregunta: space.stackexchange.com/questions/9283/…

Respuestas (2)

Para el flujo supersónico, el cuerpo de Sears-Haack ofrece menos resistencia que la lágrima más corta que es óptima en el régimen subsónico. Sears-Haack es bastante similar al cuerpo del cohete alemán V-2.

forma delgada y puntiaguda

(Tenga en cuenta que las proporciones de este ejemplo en particular no forman parte de la definición de la forma de Sears-Haack; para un arrastre mínimo, tendría que tener un cuerpo poco práctico de longitud infinita y sección transversal infinitesimal).

Sin embargo, la "cola de bote" cónica en la parte posterior de la forma Sears-Haack mueve el centro de presión aerodinámica hacia adelante. Para lograr estabilidad, desea mantener el centro de presión detrás del centro de gravedad; por eso, los dardos, las flechas y muchos cohetes tienen aletas en la parte posterior; las aletas agregan arrastre en la base, moviendo el centro de presión hacia atrás y manteniendo estable el proyectil.

Mantener el extremo inferior de la forma cilíndrica de Sears-Haack, o incluso abocardarlo ligeramente, en lugar de seguirlo, mejora la estabilidad de manera espectacular. Además, necesitas poner los motores allí. Así que de ahí viene la forma familiar básica del cohete.

Una vez que está haciendo un cohete realmente grande, otras restricciones, como la altura del techo de su fábrica o el ancho de los túneles de su tren, comienzan a entrar en juego, y es posible que también tenga que ser más largo y más delgado que la forma aerodinámicamente óptima. .

Esto es muy informativo. Sin embargo, si bien aclara las consideraciones aerodinámicas, no ofrece información sobre cómo o si entran en juego otras consideraciones, específicamente la masa seca del cohete. Tal como lo presenta, las únicas consideraciones son la aerodinámica o aquellos factores que son relevantes para la fabricación del cohete idealmente aerodinámico. ¿Es eso exacto?
No soy un verdadero científico espacial, pero creo que estas son las consideraciones dominantes, pero no las únicas.
Vine aquí en mi búsqueda de la parte superior ideal de mi cohete (el cohete en sí es una tubería de agua). En este momento, voy a hacer un trompo paraboloide. ¿Puedo hacer un mejor modelo?

Creo que respondiste tu pregunta en la primera oración. Me acuerdo de esta imagen:

ingrese la descripción de la imagen aquí

La aerodinámica es solo una (aunque una gran) de las muchas preocupaciones en la ingeniería de sistemas de un cohete. Otros incluyen la capacidad de fabricación, la propulsión, los regímenes de vuelo cambiantes, la seguridad, las estructuras, la economía, etc. Todos estos parecen haber convergido en un diseño simple, más o menos cilíndrico.

Sin embargo, en aras de la innovación, ¡lo animo a probar algo nuevo!

Sé que hay muchos factores. Quiero saber cuales son.
en caso de que la imagen del enlace activo se rompa, aquí hay un enlace imgur i.stack.imgur.com/BcBCu.jpg
¿Cuál es la forma ideal para un cohete?
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