Inconvenientes y ventajas de dos superficies de control deslizantes y giratorias para naves espaciales de tamaño BFS

BFS (SpaceX's Big Falcon Spaceship) está en desarrollo y ha visto entre 2016 y 2018 tres importantes modificaciones de diseño.

captura de pantalla del video de Everyday Astronaut Tim Dodd

Enero de 2018 Pregunté aquí cómo BFS planeaba maniobrar durante el aerofrenado.

La última presentación de SpaceX respondió a esta pregunta con esta simulación:

ingrese la descripción de la imagen aquí( fuente )

Se han agregado superficies de control móviles, canard y aletas, que dirigirán el vehículo durante el aerofrenado, más o menos de la misma manera que un paracaidista puede cambiar su actitud moviendo sus extremidades, lo que proporciona una resistencia diferencial alrededor del centro de gravedad. Y esto parece una gran idea.

De todos modos, parece (una declaración inevitablemente sesgada de opinión cuando se considera algo que ni siquiera existe, excepto en simulaciones) este diseño podría proporcionar un blindaje térmico complicado de todo el barco (principalmente en las bisagras) y un doble propósito complicado de las aletas de popa que también actúan como patas principales de aterrizaje.

La pregunta es: ¿Qué tan viable sería tener (ver la animación a continuación) un escudo térmico monolítico que protege las bisagras, una cantidad limitada de superficies de control móviles (2 en lugar de 4) y patas de aterrizaje convencionales (retraídas en la animación a continuación)

Tenga en cuenta que hay un aumento de complejidad en el diseño de superficies giratorias y deslizables, y que esas superficies de control podrían ser más livianas ya que no necesitan soportar el peso de toda la nave en el suelo)

Tenga en cuenta también que el control de guiñada puede asimilarse a los helicópteros de papel .

imagen de google "helicóptero de papel"(qq jkztd)

puntos de vista(qq jkztd)

secuencia de aterrizaje(qq jkztd)

Problemas de protección contra el calor:

protección contra el calor(qq jkztd)

¿Cuál es tu pregunta real aquí?
@DavidRicherby ¿Es viable este concepto?
¿Qué concepto es viable? Necesitas describir el concepto aquí. No asuma que todos hemos visto o leído lo que sea que haya encontrado. Proporcione enlaces si puede.
La consideración aerodinámica puede ser más adecuada en la aviación . SE
@ManuH Estoy de acuerdo, incluso si esto también aborda los problemas de protección térmica, de todos modos, agradezco cualquier migración hacia el SE correcto (la construcción mundial también podría encajar ya que es un pequeño mundo presurizado de 800 metros cúbicos que intenta sobrevivir en la atmósfera de un planeta distante)
Este debería ser un ejemplo de libro de texto de cómo mejorar una pregunta. Buen trabajo.
@ManuH Si la pregunta está relacionada con el tema aquí, debería permanecer aquí. Es muy probable que la aviación diga "No, eso es una nave espacial" y envíe al autor de la pregunta de vuelta aquí.
El mecanismo deslizante va a ser problemático desde la perspectiva de "sellar la ranura" y por la gran cantidad de volumen que ocupará dentro de la nave.
No entiendo la pregunta del escudo térmico. ¿Cuál es exactamente el problema con el blindaje en el diseño BFS actual?
Los programas de @derwodamaso utilizados son sketchup gratuito + plugin de msphysics + virtualdub

Respuestas (2)

Respuesta parcial, centrándose solo en las piernas de aterrizaje:

La solución de SpaceX donde las aletas contienen el mecanismo de la pata de aterrizaje tiene dos ventajas sobre su solución:

  1. las patas de aterrizaje se colocan muy separadas y brindan una mejor estabilidad,
  2. las patas de aterrizaje están más alejadas de los motores, por lo que se calientan menos.

El inconveniente es una estructura pesada para las aletas.

En algunas versiones anteriores del BFR, las patas de aterrizaje estaban integradas en la base (como en su solución):

ingrese la descripción de la imagen aquí

La evolución actual (2018) tiene las patas de aterrizaje en las puntas de las aletas, y están mucho más separadas que en la imagen anterior:

ingrese la descripción de la imagen aquí

por lo que SpaceX tuvo la oportunidad de evaluar ambas opciones. El hecho de que movieron las patas de aterrizaje hacia las aletas me dice que esta es la mejor solución.

"la solución óptima" -> hasta la próxima iteración
1. ¿Cómo están más separadas en comparación con las patas de aterrizaje clásicas? 2. ¿Por qué están más lejos de los motores?
He añadido imágenes para ilustrar la diferencia.
@Hobbes Buen aporte, ¡gracias! (con ángulo de barrido agregado) esas superficies deslizantes podrían deslizarse completamente hacia abajo en el "modo de aterrizaje" y proporcionar dos puntos de contacto lejos del eje longitudinal, mientras que el tercer punto de contacto podría integrarse en el cuerpo de 9 m de diámetro.
Hacer que el mecanismo deslizante pueda deslizarse completamente hacia abajo y sostener 1/3 del peso del barco lo hará aún más pesado, costoso en volumen y difícil de sellar.
@OrganicMarble, ¿por qué molestarse en sellar una ranura que está fuera de cualquier otra cosa que requiera ser sellada? la ranura está abierta al vacío
@OrganicMarble Supongo que no entiendo lo que quieres decir con "sellado", incluso si puedo traducirlo
Tienes una aleta que sobresale de una ranura en el barco. ¿El interior de esa ranura y los mecanismos en su interior van a estar expuestos a las condiciones ambientales (flujo de ascenso y entrada y calentamiento, vacío...)
La ranura @OrganicMarble estará expuesta a condiciones de ascenso y vacío. Pero la entrada de Flujo blindado.

Esta pregunta está basada en opiniones y las respuestas deben ser especulativas, pero espero que permanezca abierta ya que es muy divertido :-)

Con respecto al escudo térmico , no veo ninguna preocupación con el diseño actual de BFS en comparación con su propuesta. La parte principal del fuselaje debe cubrirse de todos modos. En el diseño actual, se deben proteger cuatro superficies con bisagras, en su diseño son dos superficies, dos bisagras y dos rodamientos lineales.

Espero ventajas del diseño oficial sobre su propuesta en dos aspectos

  1. Complejidad : cuatro bisagras vs. dos bisagras + dos rodamientos lineales que trasladan dichas bisagras. El último método introduce un nuevo tipo de problema de ingeniería y hace que las bisagras sean aún más complicadas. Sus visualizaciones son asombrosas, pero un bosquejo detallado de las partes móviles haría que los problemas fueran más obvios. El movimiento lineal necesitaría algún tipo de rieles muy rígidos o algo así. Como regla general, la interferencia de complejidades no es aditiva sino multiplicativa.
  2. Momento de flexión : las bisagras soportarán grandes cargas de flexión. Ahora no sé cómo pretenden soportarlos, pero como las aletas están colocadas simétricamente, se podría pensar en largueros que transmiten las cargas entre las bisagras estáticas. En su diseño, toda la estructura central de la carrocería del BFS debe ser capaz de soportar las cargas.
buen aporte gracias! Estoy de acuerdo en que no puede ser algo más que basado en opiniones, pero en general estoy de acuerdo en que es un experimento mental muy divertido. Con respecto al blindaje térmico, cubrir una superficie lisa y uniforme (ver pregunta editada) con material ablativo es más fácil que cubrir detalles geométricos complejos. La torsión ya está presente en el concepto spaceX actual al guiñar, entre canard y aletas de popa.
@qqjkztd correcto, no hay forma de evitar la torsión.
Inconvenientes y ventajas de dos superficies de control deslizantes y giratorias para naves espaciales de tamaño BFS
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