¿Cuánto pueden doblarse los cohetes altos y delgados? (más o menos, con seguridad)

A continuación se muestra un GIF que preparé y usé en una pregunta anterior, y la respuesta parece bastante razonable. Con una relación de altura a diámetro de alrededor de 70 m a 3,7 m (casi 20:1), un diseño consciente del peso, enfocado principalmente en resistir las tensiones axiales (por ejemplo, empuje + arrastre) y permitir cierta flexión.

Pero si se dobla tanto con la brisa, ¿qué pasa con el vuelo?

Esta respuesta hace referencia a la simulación detallada y bien informada de Flightclub de un lanzamiento reciente de Falcon 9. En un punto, cuando la velocidad del cohete (presumiblemente el marco giratorio de la Tierra) es de aproximadamente 1000 m/s y la presión debe ser de aproximadamente 0,06 o 0,07 bar a 22 km de altitud, el ángulo de ataque se estima en 4,6 grados. Eso presentaría una fuerza de tipo aplastante, pero ¿tendería a doblar el cohete ya que el carenado es mucho más ancho que el cuerpo?

¿Cuánto pueden doblarse los cohetes altos y delgados? (más o menos, con seguridad)

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¿Está preguntando específicamente cuánto se pueden doblar los cohetes de manera segura sin romperse (si, por ejemplo, un gorila volador gigante los agarrara y los doblara en pleno vuelo), o qué tan lejos se esperaría que se doblaran bajo las tensiones típicas del vuelo ( es decir, suponiendo que no haya gorilas voladores gigantes)?
@IlmariKaronen Quiero seguir siendo un poco flexible (juego de palabras) para no evitar que se publique una respuesta informativa. Esta pregunta en particular solicita un conocimiento bastante especializado, y si especifico demasiado, alguien puede optar por no publicar. Tengo la fuerte sensación de que, dado que los cohetes son diseños altamente optimizados que se esfuerzan por minimizar el peso estructural, el límite esperado y el límite seguro no están tan separados entre sí.
Hmmm, ¿definitivamente se está doblando o ese movimiento está en línea con las tolerancias del mecanismo de sujeción?
No puedo responder cuánto doblez es posible. Pero depende de la tensión cuántos ciclos de curvatura son posibles sin fallar. Ver en.wikipedia.org/wiki/Fatigue_(material)#The_S-N_curve El aluminio quebradizo fallará bajo una tensión de 320 MPa en un solo ciclo, pero bajo una tensión de 150 MPa, son posibles 10000 ciclos. Si se reutiliza una primera etapa, depende de la construcción si esta etapa se puede reutilizar 10 veces o 100 veces debido a fallas por ciclos de flexión. Desafortunadamente, la masa estructural aumentaría cuando el escenario se construya para más ciclos de curvatura.
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Escuché que un vicepresidente de spacex describió a F9 como un "fideo tambaleante" (sic) en vuelo (debido a la alta relación de aspecto) y que ese es uno de los mayores problemas de dinámica que enfrenta spacex.
@uhoh, desafortunadamente, fue de boca en boca sobre un comentario en persona, se quedó conmigo porque pensé que era divertido, pero desafortunadamente no tengo nada mejor que eso.
@randomUsername ya sé cómo va eso, ¡de acuerdo, gracias! Nunca olvidaré esa descripción: ¡un fideo volador! Ojalá al menos al dente
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Respuestas (1)

Nada puede ser perfectamente inflexible sin causar una tensión indebida en las sujeciones. Similar al uso de una palanca más larga para ganar palanca haciendo que cualquier carga de viento se transfiera directamente a las abrazaderas de sujeción, etc. El movimiento que se muestra en la imagen probablemente sea una brisa ligera ya que el mecanismo de sujeción se suelta y no afectaría al propio vehículo de lanzamiento. . El carenado del Falcon 9 tiene un diámetro de 5,2 m, el movimiento que estimo alrededor de 0,1 m con viento de 10 nudos con un límite de viento de 30 nudos lo colocaría en aproximadamente el 25 % de la carga aceptable, lo que da una flexión estimada de aproximadamente 0,4 m para el Stack. . La flexión máxima variaría debido a los materiales de construcción y el diseño.

Una respuesta a esta pregunta debe abordar específicamente "Cuánto..." durante el vuelo, no en la plataforma de lanzamiento. "Pero si se dobla tanto con la brisa, ¿qué pasa con el vuelo?" ¿Puede abordar la carga estructural durante el vuelo?
No hay forma de abordar con precisión las cargas dinámicas en vuelo a menos que tenga los diseños de ingeniería y pueda obtener los modelos de computadora para los materiales y diseños. Ciertamente no trabajo en la industria aeroespacial y no tengo forma de obtenerlos. La mejor respuesta es que el viento sople lo suficientemente fuerte como para llevar el LV de vuelta al establo y eso probablemente esté dentro del 50-70 % de la flexión máxima permitida. A menos que uno de los ingenieros de diseño pueda entrar aquí, en realidad no puede haber una respuesta.
@DarylMorning Si cree que no puede responder a la pregunta tal como se le hizo, ¿por qué sigue publicando una? Puede solicitar una aclaración del OP en los comentarios, pero las respuestas deberían, en realidad, responder a la pregunta, y después de leer la suya, todavía no sé más que antes.
Estaba tratando de darle al OP una respuesta inferida basada en la pregunta genérica de "¿Cuánto se pueden doblar los cohetes altos y delgados?" hacia el cohete Falcon 9 y ahora que miré mi respuesta me di cuenta de que borré una oración de mi edición que habría hecho que mi respuesta fuera un poco más relevante. Voy a volver a editar mi respuesta. Tal como está, mi respuesta realmente dice casi nada de lo que quería expresar.
Respuesta actualizada, Mea Culpa.
Has dado números que se aplican a lo que ya se puede ver en la imagen, en la que el cohete sigue en el suelo . Reitero mi primer comentario; " Una respuesta a esta pregunta debería abordar específicamente "Cuánto..." durante el vuelo, no en la plataforma de lanzamiento. "Pero si se dobla tanto con la brisa, ¿qué pasa en el vuelo?" ¿Puede abordar la carga estructural durante el vuelo ? "
Toda la flexión cuenta para la falla, las cargas de viento obtendrían una aproximación de la flexión MÁXIMA posible. El hecho de que el LV no avance no importa para la flexión real en sí. La relación del % aceptable de posible flexión antes de la falla suele ser de un máximo del 150 % de los umbrales dados. Como dije, sin los modelos de ingeniería, lo MEJOR que podemos hacer es una inferencia o estimación. Es la MEJOR respuesta posible sin números duros que SpaceX probablemente haya asegurado con NDA. Mi respuesta también proporciona la metodología que utilicé y también puede usarse para otros "cohetes altos y delgados".
@DarylMorning Volví a esta pregunta nuevamente y creo que esta es la mejor respuesta posible sin publicar datos de ingeniería detallados sobre diseños de cohetes reales, que es lo que señaló al principio. ¡Gracias por la respuesta!
¿Cuánto pueden doblarse los cohetes altos y delgados? (más o menos, con seguridad)
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