¿Cuánta aceleración para mantener la aceleración por debajo de 3 g?

La mayoría de los cohetes generalmente retroceden cuando alcanzan el máximo de q para evitar fallas estructurales. Este podría ser el único evento de retroceso del lanzamiento.

Pero los cohetes tripulados normalmente hacen una segunda aceleración cuando la aceleración alcanza los 3 g para evitar daños a los astronautas a bordo. Al cuerpo humano no le gustan las aceleraciones súper altas, y 3g parece ser un límite superior común.

Mi pregunta: ¿cuánto aceleran los cohetes tripulados cuando alcanzan ese límite de 3g? ¿Cómo se ve el perfil del acelerador y cómo lo logran? ¿El programa de aceleración retrocede linealmente desde la máxima aceleración en proporción a la aceleración por encima de algún umbral?

Sé que no puede caer repentinamente de aceleración máxima a aceleración mínima porque se mostraría como una caída dramática en el perfil de aceleración, y lo que he visto en los gráficos de aceleración de STS es que la aceleración se acerca a su límite superior una vez que golpea él. Esto significa que la aceleración debe ser suave y gradual. Tiene que ser lo suficiente para evitar que la aceleración suba y al mismo tiempo evitar que disminuya.

EDITAR: A continuación se muestra un perfil de aceleración de lanzamiento del transbordador espacial que encontré en la web. Observe que la región F tiene una aceleración máxima constante. Esto solo se puede lograr con una cuidadosa aceleración. La aceleración parece subir y bajar sobre algún valor medio, lo que me sugiere que usaron una banda muerta dentro de la cual el acelerador debía permanecer constante, algo útil si la charla es una preocupación, pero esto es una conjetura.

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Eso no es un gráfico de aceleración de Saturno V. Es un transbordador. Observe que la etiqueta dice "STS 121"
@OrganicMarble: ¡Tienes razón! Gracias por corregir He editado la publicación.
@OrganicMarble En la parte superior de tu cabeza, ¿sabes cómo se controla el cronograma de reducción del final del juego?
Sí, pero estoy buscando una referencia.
@OrganicMarble: No puedo decir lo suficiente sobre lo útil que fue su respuesta para mí. Gracias, gracias, gracias.
Lo mismo para @RussellBorogove: ¡No habría encontrado suficientes detalles sobre el controlador g-throttling sin el documento al que se vinculó! Gracias :)
La respuesta a esto dependerá totalmente del diseño de masa particular del vehículo. Puede ser solo un acelerador.
@Alex Casi había terminado de responder a su comentario cuando eliminó su pregunta. Si simplemente puede editar y cambiar "¿Cómo miden..." a algo como "¿Cómo puedo calcular...?" o "¿Cómo se podría calcular...?" o "¿Cómo se puede medir...?" luego agregaré una recompensa a su pregunta, y si eso no funciona, intentaré hacer los cálculos yo mismo. El problema de tratar de responder "¿Cómo miden?" es que una respuesta tendría que estar seguro de quiénes son "ellos" e informar el método específico que utilizan, y respaldarlo citando fuentes de apoyo. Tal como está redactado, es demasiado difícil responder correctamente.
@Alex Tuve una lucha similar y un rechazo de los usuarios hace unos años con una pregunta muy similar que nunca se respondió adecuadamente space.stackexchange.com/q/21290/12102 (¡vea la larga cadena de comentarios allí!) Si puede recuperar y ajuste ligeramente la redacción de su primera oración, podemos tratar de obtener una respuesta a su pregunta y luego cerrar mi pregunta anterior como un duplicado de la suya.

Respuestas (3)

Lanzadera:

tl;dr - El transbordador se aceleró en función de la aceleración detectada. El "bamboleo" sobre el límite de 3g que ve se debe a que se usó un esquema de control proporcional-integral y porque la tasa de cambio del comando del acelerador fue limitada.

Detalles -

El algoritmo de estrangulamiento funciona con un error integral y proporcional. Este algoritmo tiende a llevar la aceleración real del vehículo al límite de aceleración "en promedio" ya que se incluye un error integral. ...

(He resumido el resto)

Cuando la aceleración del vehículo medida actualmente es mayor que la constante cargada I previa a la misión (por ejemplo, 3 g), la configuración del acelerador se actualiza, en función de la configuración del acelerador anterior, la aceleración actual y la aceleración deseada. La aceleración deseada se determina a partir de errores proporcionales e integrales. La aceleración deseada del vehículo ahora se puede calcular tomando la aceleración deseada anterior y restando el error de aceleración actual (proporcional) multiplicado por la ganancia proporcional menos el error de aceleración acumulado (integral) multiplicado por la ganancia integral. Esta ecuación actualiza el ajuste deseado del acelerador en función del ajuste anterior del acelerador, la aceleración deseada y la aceleración actual. El ajuste del acelerador se redondea al porcentaje más cercano.

Fuente: JSC-19041 Booster System Briefs párrafo 1.3.3.3 3-G Throttling

Aquí hay una ejecución del Simulador de misión de transbordador que muestra una secuencia de comandos de reducción de aceleración algo representativa de 1 3 g. (El comando en 1:21 Tiempo transcurrido de la misión es en respuesta a un mal funcionamiento ingresado en el sim. Esto también es bastante antiguo; al final del programa solo se habrían reducido al 67%).

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1 No tengo copias impresas de tiradas nominales :(

¡¡¡Gracias!!! Esto es simplemente perfecto. Exactamente lo que necesitaba. Gracias Gracias :)
Parece que las reducciones del 103 % al 72 % se están produciendo en intervalos de aproximadamente 2 segundos y en pasos de más del 1 %. ¿Se realizó la "comprobación de más de 3 g" a esa velocidad? ¿Alguna idea de por qué tardó 20 segundos en pasar del 72 % al 71 % cuando los pasos anteriores y posteriores son mucho más cortos?
@RussellBorogove a partir de la poca información que aún tengo sobre esta ejecución, parece que el motor correcto se atascó al 104 % debido a las fallas que se insertaron en MET 1:21. Esas fallas permitieron que el R SSME aceptara el comando del 74 % en MET 7:44 y se redujera, por lo que las g tardaron un poco más en volver a construir hasta 3. Esa reducción del 104 % al 74 % habría tomado un poco de tiempo. tiempo, por lo que los otros 2 motores se aceleraron al 72% mientras lo hacía, luego todos se quedaron allí sentados mientras las g aumentaban, luego el C y el L comenzaron a reducir la velocidad nuevamente.
30% de desajuste de empuje? YIKE S.
@RussellBorogove solo otro día en el SMS.
@OrganicMarble: ¿El documento original (la fuente de su cita) está disponible en la web? ¿Tienes un enlace a eso? Estaría muy interesado en obtener más detalles sobre el algoritmo de control de aceleración. ¡¡¡Gracias!!!
@Alex no hasta donde yo sé.
Una versión de ese documento parece estar aquí pero no parece tener esa sección.
@RussellBorogove: ¡Gracias! Lástima que la sección de OrganicMarble no esté allí, pero aún así, es una gran referencia para tener. Esto irá directamente a mi pila de archivos espaciales :D
Espere, sí lo es, @RussellBorogove: ¡Pág. 43 de su archivo PDF! ¡La cita exacta de OrganicMarble está en la sección 1.3.3.3 "Aceleración de 3 g"! Ohhhhhhhh esto es tan perfecto. Gracias Gracias :) :) :)
¡Excelente! Gracias por la referencia en línea. Parece estar organizado de manera diferente a la versión de 2008, pero la información está ahí. Mucho mejor tener algo que señalar.

Los motores del Saturno V no se podían regular individualmente. En cambio, en las dos primeras etapas, el motor central del grupo de cinco motores se apagó por completo; para la primera etapa, esto se hizo para limitar la aceleración a aproximadamente 4 g, y para la segunda etapa se hizo para reducir el "pogo". oscilación", una resonancia entre el motor y el resto de la estructura del escenario que causó una serie de problemas en ese lanzador. Hay otra reducción de empuje en la segunda etapa causada por el cambio de la relación de mezcla de combustible/oxidante, pero esto se hizo para cambiar el empuje por un impulso específico en lugar de limitar la aceleración. Estos cambios abruptos se muestran como grandes discontinuidades en el gráfico de aceleración.

Para los vuelos Mercury-Atlas y Gemini-Titan, las tripulaciones sufrieron picos de 7g-8g.

Para STS, los motores principales podían acelerar de forma más o menos continua entre aproximadamente el 65 % y el 104 % . Después del desgaste y la separación del SRB, la aceleración en los motores principales fue ligeramente inferior a 1 g, aumentando a medida que se quemaba el propulsor, y la aceleración se mantuvo en alrededor de 3 g. Como detalla la excelente respuesta de Organic Marble , un programa de controlador proporcional-integral aceleró el motor en respuesta a la aceleración detectada con una granularidad de control del acelerador del 1%.

Creo que el lanzador Soyuz no acelera, pero como es efectivamente un lanzador de tres etapas, la aceleración en cualquier etapa no se vuelve particularmente severa por mucho tiempo. El pico de la etapa de refuerzo es de aproximadamente 4 g y los demás son mucho más bajos .

Falcon 9 tiene motores regulables continuamente; No estoy seguro de si también apagaron un par de ellos para limitar la aceleración de los lanzamientos tripulados. Creo que intentan mantener la aceleración limitada a 6 g para los vuelos no tripulados, pero eso es un poco difícil para los humanos.

Respuesta complementaria solo porque se trata de una simulación basada en datos, no en datos reales.

Fui a flightclub.io y seleccioné una simulación de la misión SpaceX Crew-1. Estos no son datos reales, es un ejemplo de una simulación que probablemente se ajuste a varios datos públicos, incluidos videos del lanzamiento.

Hay muchas más gráficas y herramientas allí, y puede intentar ajustar los parámetros y volver a ejecutar la simulación.

La simulación muestra el estrangulamiento dos veces para la primera etapa; alrededor de Max-Q (de aproximadamente 95% a 75% entre 45 y 75 segundos) y nuevamente cuando se agota el propulsor, la masa disminuye tanto que la aceleración máxima supera los 3,3 g.

Pero no se muestra ningún estrangulamiento para la segunda etapa, donde se observa una aceleración máxima de quizás 4,5 g en esta simulación .

simulación de flightclub.io de la misión SPaceX Crew-1 simulación de flightclub.io de la misión SPaceX Crew-1

simulación de flightclub.io de la misión SPaceX Crew-1 simulación de flightclub.io de la misión SPaceX Crew-1

Ah, ahí está, el segundo retroceso. En realidad, no había visto ninguna referencia a él en el Falcon 9, aunque sabía que debían hacerlo en vuelos tripulados. ¿Parece que asumieron un paso simple hacia el acelerador bajo y lo mantuvieron allí hasta unos segundos antes de la separación? Definitivamente es bueno saber que esto da números razonables en caso de que el enfoque de control PI del transbordador espacial de @OrganicMarble se vuelva demasiado para mí. ¡Gracias!
@Alex recuerda que esta es una simulación privada y no necesariamente correcta.
@Alex en un controlador de prueba fuera de línea para la simulación de propulsión en la que estaba trabajando, solo promediamos la aceleración del eje X en un intervalo de un segundo (nuestro simulador funcionó a 25 Hz) y redujimos un 1% cuando el promedio superó los 3 g. Eso dio una aproximación sorprendentemente cercana al perfil real del acelerador.
¿Oh? ¡Es bueno saberlo! Gracias @OrganicMarble. Entonces, al llegar por primera vez a 3 g, reduciría el acelerador a 0,99, lo que provocaría que la aceleración cayera ligeramente por debajo de 3 g, luego esperaría a que volviera a subir a 3 g (lo que sucedería a medida que disminuye la masa de combustible y también a medida que cae el ángulo de inclinación), luego acelera de nuevo a 0,98, y así sucesivamente?
@Alex eso es todo. (103 no 99 ya que el nominal era 104 pero ya tienes la idea).
Esa parece ser una mejor aproximación que asumir una caída repentina del acelerador como lo hacen en flightclub.io: su aceleración se mantendría más cerca de la constante en 3g. Gracias por compartir :)
¿Cuánta aceleración para mantener la aceleración por debajo de 3 g?
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