¿Fue el transbordador espacial aerodinámicamente neutral mientras viajaba a cuestas, o la combinación actuó como un biplano gigante?

Tratando de investigar esta pregunta, veo que 'Pregúntale al Capitán' dice:

El peso del transbordador se calcula como cualquier carga útil. El 747 produce suficiente sustentación para volar y soportar el peso del transbordador. A este respecto, no es diferente de la carga transportada dentro del avión. fuente

Pero, por supuesto, es diferente, ya que la carga generalmente se transporta dentro de un avión.

Había un carenado para los motores del Transbordador para reducir la resistencia, pero me pregunto si las alas del Transbordador tuvieron alguna contribución aerodinámica al cuerpo de elevación, o si todo se debió a las alas del 747.

STS Challenger en 747 fuente

Relacionado: Aviation.stackexchange.com/questions/35305/… (que da una respuesta parcial: cuesta mucho más arrastre obtener una unidad de sustentación de las alas de los orbitadores que de las alas de los 747)
El objetivo principal del carenado era reducir la turbulencia en la estela del transbordador espacial para mantener la autoridad de guiñada de la cola vertical.
Si el transbordador produce sustentación, entonces eso plantea la pregunta de si las alas del 747 están en la estela del transbordador.
¡Instintivamente siento que se manejaría más como un pequeño monoplano que lleva un contenedor de envío que como un biplano!
@ROIMaison Que el carenado no fue del todo exitoso en este sentido se demuestra mediante la adición de estabilizadores verticales adicionales (aunque no recuerdo si estaban articulados; supongo que probablemente no).
@ROIMaison: Probablemente fue útil, pero no puede haber sido necesario , dado que el SCA podría volar de manera segura con un transbordador en la parte superior sin el cono de cola (como se hizo durante las pruebas posteriores de aproximación y aterrizaje).

Respuestas (3)

Este podcast con uno de los pilotos responde a casi todas las preguntas que podría tener sobre el portaaviones y vale la pena escucharlo por completo. Pero para cubrir la dinámica del vuelo, saltaría a 50:33 minutos, donde el piloto afirma (tenga en cuenta que no hay una transcripción oficial del podcast y lo escribí mientras lo escuchaba, consulte el podcast oficial para ver la verborrea real , pero esto está cerca):

Markus Voelter (Entrevistador): Hablemos un poco sobre las características de vuelo, ¿las alas del transbordador agregaron algo de sustentación adicional o estaba montado con un ángulo de ataque esencialmente 0?

Arthur C. “Ace” Beall (Piloto): Estaba montado con cierto ángulo de ataque, puedes verlo mientras está sentado. A la velocidad a la que volábamos, el portaaviones en sí estaba a unos 5 grados de altura de la nariz. El transbordador estaba creando sustentación, pero es difícil decir cómo eso lo afectó aerodinámicamente, siempre se montó de la misma manera, por lo que no teníamos una base de comparación. Sin embargo, creó mucha resistencia e hizo que el avión fuera muy pesado en la parte superior, por lo que los ángulos de inclinación lateral eran limitados.

Así que se generó algo de sustentación, pero a las velocidades a las que volaban, entraron en juego otras limitaciones que eran más preocupantes. También vale la pena señalar que cuando estaba en transporte no había nadie en el transbordador espacial y las superficies de control no se usaron de ninguna manera.

Dado que el transbordador tenía que mantener un alto ángulo de ataque mientras aterrizaba (a 200 mph más o menos), 5 grados probablemente serían insuficientes para levantar el peso del transbordador, por lo que el efecto general seguiría siendo que el 747 estaba transportando el transbordador en lugar de la lanzadera se levanta sola.
@Skyler agregué un poco ya que puede haber habido un malentendido. El portaaviones en sí tenía una altura de morro de 5 grados y el transbordador tenía un ángulo de ataque positivo adicional debido a su montaje. Pero estoy de acuerdo en que proporcionó poca ayuda en la situación.
Si bien no había nadie en los transbordadores orbitales durante el transporte , el Enterprise estuvo tripulado durante las partes "cautivo - activo" de las pruebas de Aproximación y Aterrizaje y, por supuesto, aquellas en las que se separó y aterrizó por su cuenta.

Curiosamente, para que la maniobra de separación del orbitador funcione, el transbordador necesitaría tener una relación de elevación a peso más alta que el portaaviones 747. Probablemente mucha gente se estaba retorciendo las manos (incluyéndome a mí) por la posibilidad de que el orbitador golpeara la puñalada V. al momento del lanzamiento, pero cuando ves el video, ni siquiera está cerca.

Esto se logró con un orbitador descargado más liviano colocado en un ángulo de ataque más alto que el 747. A una velocidad aerodinámica adecuada, simplemente se elevó. La mayor tolerancia AoA del delta se sumó a la seguridad de la maniobra. Me imagino que también se echaron a perder un poco para levantar el 747.

Mirando youtube.com/watch?v=cOmemZl4k1U , parece que el SCA se sumergió un poco para ayudar con la separación.
@EugeneStyer, tenía que hacer eso para que el orbitador mantuviera la velocidad deslizándose; de lo contrario, inmediatamente comenzaría a disminuir la velocidad y golpearía la cola. Desafortunadamente, el video no es lo suficientemente claro para ver si el operador tiene spoilers (espero que sí).
La relación L/D del transbordador es notoriamente mala, estoy bastante seguro de que es más baja que la del 747. Por lo tanto, el 747 tendría que sumergirse para separarse del orbitador.
@Hobbes, sí, los deltas de AOA iguales son inferiores, sin embargo, el transbordador se montó en un AoA más alto. Es posible que el 747 haya vuelto al ralentí en la separación y que haya bajado algunos flaps. Sorprendentemente, en la separación, la resistencia por área fue muy similar, lo que resultó en una liberación muy suave con poca diferencia en la velocidad. La sustentación del delta a mayor AOA, combinada con el menor peso de un transbordador vacío, lo logró.
@Robert, re "Amazingly", quieres decir, ¿casi como si lo hubieran diseñado de esa manera?
Lo clavaron. Es necesario averiguar si el AOA del transbordador se fijó un poco más alto para la prueba de planeo que para el transporte de rutina.
@RobertDiGiovanni Lo fue. De nasaspaceflight.com/2012/04/… -- el AOA relativo para las pruebas de aproximación y aterrizaje fue de 6 grados, que se redujo a 3 grados para los vuelos de ferry.
Este video más largo de la primera prueba de separación muestra al 747 ejecutando una maniobra de "empuje" (inmersión) justo antes de la separación: youtu.be/v-YNcwc1ZME

Las alas del transbordador espacial son pequeñas, pero siguen actuando como alas. Su sustentación depende del ángulo de ataque real. El transbordador espacial no puede ser neutral para todos los ángulos. Los ingenieros tenían la opción de elegir en qué ángulo preciso montar el transbordador espacial encima del 747 que lo transportaba. Supongo que el transbordador está bastante cerca de la posición neutral a velocidad de crucero, para evitar una resistencia excesiva. Entonces contribuirá a la sustentación cuando la combinación tenga un mayor ángulo de ataque, como durante el despegue y el aterrizaje.

Sí, este es un biplano enorme, pero las "alas superiores" están diseñadas para regresar de la órbita terrestre y aterrizar, no para aportar mucha sustentación a la combinación 747.

Esta respuesta es especulación y suposiciones. De hecho, la parte sobre el propósito de las alas de los orbitadores es simplemente incorrecta. Las alas del orbitador se diseñaron para proporcionar una maniobrabilidad transversal para que el transbordador pudiera aterrizar después de una única misión polar en órbita, durante la cual la Tierra ya habría girado casi dos horas fuera de fase con respecto a su ruta de reingreso.
@dotancohen Le invitamos a compartir su conocimiento y contribuir con una mejor respuesta. También le agradecería que me hiciera saber cuáles de mis suposiciones no son razonables. ¿Hasta qué punto es relevante el requisito de órbita única para esta pregunta?
No tengo una mejor respuesta para dar. Bogl, no eres un usuario nuevo, sabes que la especulación está mal vista aquí. En cuanto al requisito de órbita única, esa es la base del diseño del ala del orbitador. Al reingresar desde una única órbita polar, tendría que maniobrar más de mil kilómetros fuera del curso de reingreso en la atmósfera para volver a alinearse con el lugar de lanzamiento. Las alas y ese enorme estabilizador vertical brindan la autoridad de control para hacerlo. Sin ese requisito, esas superficies de control podrían haber sido mucho, mucho más pequeñas y livianas.
No son ni especulaciones ni suposiciones. Hechos fríos y duros de arriba a abajo.
¿Fue el transbordador espacial aerodinámicamente neutral mientras viajaba a cuestas, o la combinación actuó como un biplano gigante?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v