¿Dónde se calienta más un Falcon-9 durante el lanzamiento y cuánto se calienta? (calefacción aerodinámica)

Sabemos que hay un punto Max-Q 1 durante un lanzamiento, tenemos una altitud aproximada, ecuaciones para su valor de presión y sospechamos que se encuentra muy cerca del vértice de la nariz de un cohete.

Pero, ¿existe un punto "Max-T" en el que es más probable que un cohete se caliente más durante el ascenso a través de la atmósfera debido al calentamiento aerodinámico?

Si es así, ¿dónde estaría probablemente en el cohete y a qué altitud ocurriría? ¿Es probable que suceda al mismo tiempo que Max-Q o antes o después?

Tengo curiosidad principalmente por la temperatura máxima en el cuerpo de la etapa 1 y la etapa 2.

Agregué la etiqueta Falcon-9 como punto de referencia, pero si hay más información de un vehículo de lanzamiento diferente pero algo similar, estaría bien.


1 lectura adicional sobre Max-Q:

Eche un vistazo a mi edición y vea si cree que todavía captura su intención. Hice algunos ajustes en el estilo e incluí un poco de investigación.
Gracias. Tengo curiosidad principalmente por la temperatura máxima en el cuerpo de la etapa 1 y la etapa 2
Siéntase libre de editar y aclarar su pregunta aún más.

Respuestas (1)

Fuente: soy ingeniero aeroespacial, he trabajado en varios vehículos de lanzamiento

Gran pregunta, y creo que debería investigar un poco más sobre lo que realmente quiere saber y por qué (actualmente no está bien planteado, pero intentaré responder todas las preguntas que podría estar haciendo). Tenga en cuenta que MaxQ es una condición de carga y, francamente, a los ingenieros no les importan tanto las temperaturas como las tasas de calor (cargas térmicas). Las cosas pueden tener muchas temperaturas diferentes.

Suponiendo que solo está preguntando sobre la parte de ascenso de la trayectoria:

Si está preguntando qué ubicación en el cohete, casi siempre estará en la base del cohete, justo encima del motor; esto es especialmente una preocupación para las etapas de varios motores, como Saturno V: el calentamiento de Las columnas de cohetes expandidas que inciden en la base son extremas, por decir lo menos: consulte el Manual de calentamiento de la base de Saturno V, 600 páginas de algunas de las mejores ingenierías que puede encontrar (también puede encontrarlo simplemente buscando en Google "Calefacción de la base de Saturno V") : https://ntrs.nasa.gov/citations/19720023245

Si solo está interesado en la temperatura corporal del vehículo, debe preguntarse por qué está interesado en este valor: la mayoría de los vehículos grandes (F9 incluido) usan sus tanques como el cuerpo del cohete, por lo que se mantendría aproximadamente igual de frío. como el propio LOX, criogénico en ese caso. Esto difiere mucho según la parte del cuerpo que le interese (carenado, cuerpo de refuerzo, pista de rodadura, etc.)

Si está preguntando en qué punto de su trayectoria de ascenso (como maxq), la razón por la que no hay una respuesta fácil a esa pregunta es porque las temperaturas realmente no importan, las tasas de calor sí importan. Diferentes cosas (metales, compuestos, etc.) se calientan a diferentes velocidades y por diferentes razones. En general, varía según la velocidad con la que se mueve el vehículo en qué parte de la atmósfera, pero también importa en qué parte del vehículo se encuentra algo. Las temperaturas máximas en diferentes partes pueden ocurrir en diferentes momentos, la "temperatura" de un cohete no es algo que se rastree.

Si está preguntando específicamente sobre el calentamiento aerodinámico en F9, eso definitivamente sucede durante el reingreso:

Puede obtener una comprensión mucho más intuitiva del calentamiento aerodinámico observando los perfiles aerotérmicos del vehículo de reentrada; por ejemplo, con un coeficiente balístico alto, la TASA de calor máxima es mayor, pero la CARGA neta de calor es menor, mientras que esto se invierte para obtener un valor más bajo. coeficiente balístico. Esta relación se invierte cuando se trata del ángulo de entrada atmosférico: cuánto tiempo pasa en qué parte de la atmósfera yendo a qué velocidad determina la tasa de calor y la carga de calor, dos conceptos sutilmente diferentes. Este es un recurso increíble: https://www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/avs/offices/aam/cami/library/online_libraries/aerospace_medicine/tutorial/media/iii.4.1.7_returning_from_space.pdf

La pregunta especifica claramente el calentamiento aerodinámico , por lo que quizás se pueda reducir al menos un poco el "así que si estás preguntando" de la redacción. Creo que su respuesta a la pregunta tal como está escrita es "No lo sé, pero tampoco debería querer saberlo" y ese no es el estilo óptimo para una respuesta de Stack Exchange. Dicho todo esto, usted proporciona mucha perspectiva útil sobre el tema. ¡Bienvenido!
Información muy útil allí. ¿Debo hacer preguntas separadas para carenado, cuerpo, base? ¿Qué es una pista de carreras por cierto? ¿Estás seguro de que el cuerpo no se está calentando mucho por fuera?
Mi respuesta no es tanto "no debería importarte" como "la pregunta no tiene mucho sentido", ¡lo cual está completamente bien! La mayor parte del esfuerzo en un proyecto de ingeniería espacial es tratar de averiguar cuál es la pregunta correcta, Elon hace un punto específico sobre esto en una de sus charlas. Un Max-T como se describe en la publicación no tiene una definición porque la temperatura es una función de 4 dimensiones para cualquier parte. Max-Q es un valor escalar único y significativo que representa algo físico. JoeJobs, hacer esta pregunta para un carenado es MUY significativo - continúa en mi próximo comentario
Como puede ver en las imágenes F9, el carenado (blanco, compuesto) tiene una pieza de metal justo en la punta. Esto llega más a las fuentes de calentamiento aerodinámico: la mayor parte del cuerpo siente fricción en la piel, esto proviene de una capa límite, que siempre es subsónica, incluso si el vehículo viaja> mach 1. Esto se debe al límite antideslizante. condición y genera algo de calor. ¡Lea sobre las capas límite supersónicas para obtener más información al respecto! En el carenado, el calentamiento proviene de una onda de choque, que genera una tonelada de calor, suficiente para derretir potencialmente el compuesto durante el ascenso o la recuperación del carenado.
Una pista de rodadura es algo que sube por el exterior del vehículo, enrutando tubos, fluidos, cables, etc. Están cubiertos con elementos aerodinámicos suaves (también llamados carenados) para que 1) las formas aleatorias no provoquen un arrastre adicional o se rasguen apagado, o 2) derretido. Las esquinas afiladas en los flujos supersónicos o hipersónicos tienen cargas térmicas y físicas extremas: se puede generar calor a partir de golpes, fricción de la piel o reacciones químicas si el vehículo viaja lo suficientemente rápido. Las alcantarillas son las cosas negras en esta imagen: las alcantarillas cubren los tubos externos, las válvulas: i.imgur.com/bpcZdwY.jpg
"Qué tan caliente se pone el exterior" depende de la temperatura que tenía antes del lanzamiento. F9 es todo blanco para rechazar el calentamiento solar mientras está en la almohadilla, pero observe que cuando regresa, está carbonizado. Esto NO es pintura quemada, es la reinserción de productos de combustión incompleta durante las quemas de reingreso/aterrizaje. También puede darse cuenta de que no le importa a SpaceX (o Delta IV Heavy) que el exterior sea más oscuro porque no gastan dinero en lavar los exteriores. LOX es ~ -350F, y las paredes del cohete son livianas (muy delgadas). Además, piense en cuánto combustible necesita calentar para que todo el tanque aumente de temperatura.
Hice otra pregunta sobre carenados, ¿puedes responder allí? Gracias. espacio.stackexchange.com/questions/48284/…
¿Es posible abordar "¿qué tan caliente se pone?" con un numero? 100 C? 200? 500? ¿Al menos un límite superior?