¿Es este cono de nariz en forma de huevo un buen diseño aerodinámico?

Entonces, Jeff Bezos viajó recientemente al espacio a bordo de un cohete financiado por Amazon, que tiene una nariz inusual en forma de huevo.

Cohete de Bezos, con morro en forma de huevo

Sin embargo, casi todos los demás cohetes que he visto tienen una nariz más en forma de cono, llegando a ser más un punto. Aquí hay un ejemplo, el cohete Saturno V:

Cohete Saturno V con nariz en forma de cono

Siempre supuse que se había encontrado que la nariz con forma de cono más recta tenía la aerodinámica más favorable para que un cohete despegara.

¿Se ha demostrado ahora que esta suposición es incorrecta y que una forma de huevo ofrece menos resistencia al aire? ¿O hay alguna otra razón para esta elección de diseño?

¿Tus ejemplos pretenden mostrar que la mayoría de los cohetes tienen puntas en forma de cono? La imagen del cohete de halcón se ve en forma de huevo en la parte superior. La parte del orbitador del transbordador espacial no tiene una punta afilada. Los propulsores sólidos parecen tener una punta de punta esférica. Los ejemplos, en mi opinión, muestran la variedad en los consejos.
financiado por amazon???
@ user40799 Según Jeff Bezos, sí. independent.co.uk/life-style/gadgets-and-tech/…
Él no dice que fue financiado por Amazon.
@user40799 Esto se está desviando del tema, pero ¿qué parte de la declaración de Bezo "También quiero agradecer a todos los empleados de Amazon y a todos los clientes de Amazon porque ustedes pagaron por todo esto" no entendieron?
@DavidHammen: Bezos toma sus activos basados ​​en la fundación de Amazon y los usa para su compañía espacial es diferente a que Amazon pague directamente. ]
por ese razonamiento, SpaceX está financiado por eBay. @DavidHammen
respuesta y pregunta relacionadas: ¿ Por qué/cuándo es mejor la nariz roma?
FWIW: una superficie cónica tiene una curvatura gaussiana cero . Eso facilita la fabricación de formas cónicas a partir de material plano como láminas de aluminio. Las superficies curvas como la nariz en forma de cúpula de la cápsula New Shepard son más caras. No sé de qué está hecho el New Shepard, pero el costo relativo de las superficies curvas frente a las planas es mucho menor con los materiales compuestos modernos de lo que solía ser con los diseños clásicos de fuselajes metálicos de "piel y largueros".
Estaba a punto de hacer la misma pregunta. Las cápsulas modernas de Falcon y (especialmente) New Shepard son notablemente más redondas que las cápsulas con forma de cono de los años 60.

Respuestas (4)

  1. Las narices de los cohetes vienen en todo tipo y tamaño. Es más probable que el factor impulsor sea funcional que puramente aerodinámico.
    Por ejemplo, el Saturn V que se muestra tiene una nariz puntiaguda, porque esa nariz lleva un sistema de escape de lanzamiento puntiagudo.
    El morro del carenado del Falcon 9 es un cono desafilado. (sin sistema de escape)
    El Falcon 9 que iza una tripulación Dragon2 tiene un cono en su mayoría con una nariz redondeada. (sistema de escape montado en los costados, que es parte de por qué no es una forma de cono suave)
    La nariz Soyuz es puntiaguda, porque al igual que el Saturno V tiene un sistema de escape de lanzamiento muy puntiagudo.
    En el caso del New Shepard de BO, tiene un sistema de escape de lanzamiento, pero el motor está fijado al fondo de la cápsula, entre esta y el cuerpo del cohete. Por lo tanto, no afecta la forma de la nariz.

  2. Si está preguntando qué forma es más aerodinámica, sería un cono muy afilado con una punta puntiaguda. Esta forma está bien a velocidades subsónicas y es muy superior a velocidades super->hipersónicas. Superior para arrastre, eso es. También se calienta mucho más y, por lo tanto, requiere materiales realmente sofisticados al tipo de velocidad que alcanzan los cohetes mientras aún están en la atmósfera real.
    Sin embargo, para un cohete la masa es más importante. La ventaja aerodinámica muy pequeña que confiere una punta puntiaguda se ve superada por el beneficio de ahorro de masa de un cono desafilado. Esa forma tiene un área de superficie mucho más pequeña y es una forma naturalmente más fuerte, por lo que se puede construir con materiales más livianos.

Sí, el morro del New Shepard de BO es suficientemente aerodinámico. También es una muy buena forma para facilitar el reingreso, albergar los paracaídas y dar a los pasajeros una vista de ventana decente. Como ocurre con la mayoría de los diseños de ingeniería, es el equilibrio de todos los requisitos lo que conduce a una solución de compromiso adecuada. Recuerde también que el New Shepard no llega a ir muy rápido, su velocidad máxima en el camino hacia arriba es de solo unos 1000 m/s, o mach 2.9-ish. Los cohetes orbitales reales alcanzan tres veces esa velocidad en la atmósfera en el camino hacia arriba y 8 veces esa velocidad en el descenso.

Lo que no es tan aerodinámico es esa cresta/saliente debajo de la punta, donde se une al eje. Pero esto es necesario para la separación del refuerzo, y posterior devolución de ambas piezas.

Información complementaria, añadida especialmente para jamesqf

ESTA es una forma aerodinámica simétrica. También conocido como "cuerpo aerodinámico"
(Flujo de aire de derecha a izquierda).
Es muy aerodinámico. CD tan bajo como 0.04
perfil aerodinámico simétrico, arrebatado de https://aviation.stackexchange.com/questions/39146/how-do-symmetrical-airfoils-generate-lift

ESTA es la forma de una gota de lluvia.
Es muy poco aerodinámico, CD desde 0,5 (gotas muy pequeñas, casi esféricas, imagen B a continuación) hasta 1,45. Sí, lo leiste bien. Uno punto cuatro cinco, para una gran gota de lluvia a punto de romperse bajo su propia resistencia aerodinámica, imagen E a continuación.
(Flujo de aire de abajo hacia arriba)
Formas reales de las gotas de lluvia en función del tamaño, de https://en.wikipedia.org/wiki/Drop_(liquid)

Y la forma aerodinámica del New Shepard coincide aproximadamente con la más a la derecha de estas formas, llamada "bala", que es básicamente un hemisferio en la parte superior de un cilindro largo.
Tiene una forma aerodinámica bastante buena pero no perfecta,
con un coeficiente de arrastre subsónico de aproximadamente 0,3 (debido a la discontinuidad que conduce al cuerpo del cohete)

(Flujo de aire de izquierda a derecha en esta imagen)

Efecto de forma en la resistencia aerodinámica subsónica, de https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/shaped.html

Re #2, un cono puntiagudo con una punta afilada es bastante poco aerodinámico a velocidades subsónicas. De hecho, sería más aerodinámico si le dieras la vuelta :-) Una gota de lluvia es más aerodinámica, si no consideras los efectos de todo ese gas en expansión que sale de la cola. Y con cohetes como el Saturno V, la disminución se debe a los diferentes tamaños de las etapas, no a consideraciones aerodinámicas. (Es decir, hay una relación altura/diámetro que minimiza el peso, razón por la cual las latas de refresco tienen la forma que tienen). El cohete de Bezos parece tener una sola etapa.
@jamesqf "Una gota de lluvia es más aerodinámica" es falso. Una gota de lluvia es un objeto de arrastre increíblemente alto. ¿Quizás te estás olvidando de que una gota de lluvia que cae parece una bolsa de frijoles en la que está sentado el tío albert?
Forma real de las gotas de lluvia: scienceabc.com/pure-sciences/… o solo para imágenes scienceabc.com/wp-content/uploads/2016/06/…
@jamesqf además, "un cono puntiagudo con una punta afilada es bastante poco aerodinámico a velocidades subsónicas. De hecho, sería más aerodinámico si lo giraras " es muy falso. El cono puntiagudo de base plana con el morro hacia el viento tiene un CD de 0,34, el mismo cono girado tiene un CD de 1,14
El lado posterior no sigue la aerodinámica tradicional debido al escape del cohete.
Todos ustedes realmente están perdiendo el punto aquí, que es que la aerodinámica en el lanzamiento está lejos de la consideración principal de la forma. Si tomas, por ejemplo, el Saturno V, la punta es puntiaguda porque esa es la forma en que construyeron el sistema de escape de lanzamiento. Entonces, el Apollo CM tiene el tamaño y la forma que tiene porque tenía que albergar a tres astronautas y tener un escudo térmico de reentrada. El paquete SM/LM encaja muy bien detrás de él. Luego tienes tres etapas que son básicamente formas de latas de refresco, porque así es como minimizas el peso de la estructura mientras maximizas la carga propulsora.
@jamesqf ¿No es eso exactamente lo que dice mi respuesta en primer lugar? ¿Qué punto ató a fangoso al hacer múltiples declaraciones falsas en los comentarios?
@PcMan: No, eso no es lo que dice su respuesta, aunque podría ser lo que quiso decir. Y no hice declaraciones falsas, aunque algunos podrían (¡y lo han hecho!) objetar los detalles. Pero permítanme decirlo nuevamente: como factor de diseño, la aerodinámica está muy por detrás de otras consideraciones.
@jamesqf FALSA DECLARACIÓN LA PRIMERA "Una gota de lluvia es más aerodinámica". LA SEGUNDA DECLARACIÓN FALSA "un cono puntiagudo con una punta afilada es bastante poco aerodinámico a velocidades subsónicas. De hecho, sería más aerodinámico si lo giraras".
@PcMan: la forma clásica de gota de lluvia ES la más aerodinámica, a velocidades subsónicas. Si no me cree, pregúntele a la NASA: grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/shaped.html O mire la forma de cualquier cosa que esté diseñada para minimizar la resistencia.
He criticado fuertemente la respuesta de RonJohn porque dependía demasiado de las imágenes y porque ese usuario no reemplazó la respuesta enter image description herecon algo más significativo. Ayudaría a su respuesta si reemplazara ese valor predeterminado con algo más significativo.
La imagen de la gota de lluvia y una discusión sobre ella podrían ser una buena respuesta a ¿ Cuáles son los rangos típicos de tamaños, velocidades y densidades de área o volumen de las gotas de lluvia? en Ciencias de la Tierra SE.

Siempre supuse que se había encontrado que la nariz con forma de cono más recta tenía la aerodinámica más favorable para que un cohete despegara.

Hay un problema clave con las puntas afiladas: tienden a derretirse a altas velocidades. El Concorde solo voló a Mach 2, y su punta se calentó a 127 °C. Este calentamiento es un gran problema para los aviones hipersónicos. Este calentamiento alrededor de los bordes afilados fue parte de por qué el transbordador espacial Columbia experimentó su desastroso fracaso.

Los vehículos de lanzamiento modernos no tienen las puntas puntiagudas que tenían el Saturn V y otros vehículos de lanzamiento tempranos. La punta puntiaguda no ayuda mucho con respecto a la eficiencia aerodinámica y agrega mucho riesgo.

En el podcast #1609 de Joe Rogan, hablando con Elon Musk, Elon mencionó que no hay diferencia cuando se trata de cohetes. Es discutible peor ser puntiagudo.

Como menciona Antzi, esto se debe a las velocidades involucradas y los problemas con los flujos hipersónicos.

En los flujos subsónicos, la punta sirve para mover el aire. En flujos hipersónicos esto no puede suceder, así que no importa mucho. Tienes razón
Siento que la respuesta responde claramente a la pregunta formulada, con referencias. Y también agrega el puntero más profundo a la publicación de Antzi. La mayoría de las respuestas fueron elaboradas, lo que en algunos casos es deseable, pero no siempre.

Boeing y SpaceX también usan conos de nariz roma (como se demuestra en estas imágenes), y no solo para cápsulas humanas. Por lo tanto, a menos que todos estos ingenieros sean incompetentes, los conos romos deben ser una buena idea.

ingrese la descripción de la imagen aquí ingrese la descripción de la imagen aquí

Una buena idea, sí, pero ¿es buena debido a la aerodinámica u otras consideraciones?
@jamesqf aerodinámico significa "de o tener una forma que reduce la resistencia del aire que pasa", y una superficie lisa y redondeada ciertamente ayuda a que el aire fluya. El transbordador espacial tiene un morro redondeado, los aviones Boeing tienen un morro redondeado y los bordes de ataque de la mayoría de las alas son redondeados, por lo que la "redondez" debe ser una buena forma aerodinámica para todo uso; de lo contrario no se usaría tanto. (En algún momento, la cantidad de anécdotas se acumula tanto que el "argumento de la anécdota" se transforma en "evidencia de la verdad").
La punta de la pila de ascenso para el transbordador era extremadamente puntiaguda. space.stackexchange.com/q/39183/6944
@OrganicMarble muy interesante. Sin embargo, me refería al transbordador espacial en sí. inteng-storage.s3.amazonaws.com/images/uploads/sizes/…
Votado negativo por una falta total de accesibilidad.
@DavidHammen, ¿qué significa "falta de accesibilidad " en este contexto?
@RonJohn La respuesta se basa excesivamente en imágenes, y no ha colocado ninguna descripción de esas imágenes como texto alternativo.
@DavidHammen, ¿por qué el texto alternativo es tan vital?
El texto alternativo de @RonJohn puede hacer que una respuesta basada en imágenes sea comprensible para las personas con discapacidad visual. Tal como está, esta respuesta es inútil para las personas con discapacidad visual. Tenga en cuenta la frase "una buena imagen vale más que 1000 palabras". Este no es el caso de las personas con discapacidad visual. Una buena descripción es esencial. No tiene que ser de 1000 palabras, pero es esencial.
Me estoy metiendo contigo porque esta respuesta es una de las respuestas menos accesibles que he visto. No eres el único al que he elegido por falta de accesibilidad. La accesibilidad es un tema delicado para mí. Estuve expuesto al problema porque tuve el privilegio de trabajar en múltiples proyectos con un brillante matemático de la NASA que es totalmente ciego. Está empleado porque es brillante. Más de la mitad de las personas con discapacidad visual no tienen trabajo, y el problema está empeorando debido a la creciente dependencia excesiva de las imágenes en Internet.
@DavidHammen Pasé el mouse sobre todas las demás imágenes de la pregunta y todas las demás respuestas, pero no vi ningún texto alternativo.
@RonJohn ¿Por qué debo ingresar la descripción de la imagen? Un lector de pantalla medio decente accederá a la descripción de la imagen.
@DavidHammen, ¿votó negativamente la pregunta y todas las demás respuestas por no tener texto alternativo? Si no, eres un hipócrita.
@RonJohn Aunque se trata principalmente de texto, puede consultar las discusiones, las respuestas y los comentarios en ¿Deberíamos hacer explícita la política del sitio de que las capturas de pantalla de texto ≠ texto legible? Aunque no se señaló muy diplomáticamente, realmente tratamos de asegurarnos de que, siempre que sea posible y en la medida de lo posible, nuestras publicaciones contengan toda la información clave como texto para que conserven su valor, utilidad y legibilidad tanto para las personas que usan lectores de pantalla y motores de búsqueda para la indexación y la capacidad de búsqueda para futuros lectores.
¿Es posible agregar un poco más de texto que explique qué es lo que muestran las imágenes y qué hay en ellas que constituye una respuesta? ¡Gracias!
@uhoh, espero que también hagas estos mismos comentarios de "imágenes deben tener texto alternativo" en las otras respuestas.
@RonJohn He tratado de hacer precisamente eso. ¿Cada uno? Eso no es posible. Todavía tengo un trabajo. Pero trato de golpear a los peores que veo.
@DavidHammen, cada respuesta individual en esta pregunta (y la pregunta en sí) demostraría que no eres un hipócrita.
@RonJohn He hecho casi 18 000 comentarios en este sitio y estoy 100 % seguro de que he dejado muchísimos comentarios similares en los últimos cinco años o más. No estás siendo objeto de críticas. En cambio, creo que su respuesta tiene valor y la gente simplemente lo alienta a mejorarla y no confiar en las imágenes para hablar por sí mismas.
@RonJohn Esta es una de las respuestas más inaccesibles que he encontrado. Bien podría ser la respuesta más inaccesible que he encontrado. Se supone que las respuestas son de mayor calidad que las preguntas, por lo que soy más crítico con respecto a las respuestas. La pregunta la hizo un novato, así que le di un descanso a ese novato.
@DavidHammen, dígame honestamente qué tiene de inaccesible "Boeing y SpaceX también usan conos de punta roma (como se demuestra en estas imágenes), y no solo para cápsulas humanas. Por lo tanto, a menos que todos estos ingenieros sean incompetentes, los conos romos deben ser una buena idea. " Puedo vivir contigo pensando que es una mala respuesta, pero llamarlo inaccesible es una tontería.
Todo lo que tiene que hacer para que yo revierta mi voto negativo es reemplazar el valor predeterminado enter image description herecon descripciones de las imágenes. No es tan dificil. De todos modos, he terminado.
Dejando a un lado la accesibilidad, "por lo tanto, a menos que todos estos ingenieros sean incompetentes, los conos romos deben ser una buena idea". es una respuesta terrible. Debes explicar por qué los conos romos están bien. Algunos cohetes tienen morros afilados y, presumiblemente, sus ingenieros son igualmente competentes.
¿Es este cono de nariz en forma de huevo un buen diseño aerodinámico?
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