¿Por qué el tren de aterrizaje del transbordador espacial no estaba nivelado?

Mirando una imagen del orbitador en el suelo , es obvio que el tren de aterrizaje de morro está colocado más alto que el otro tren de aterrizaje en las alas, lo que hace que el morro del orbitador se incline hacia abajo. Hasta donde yo sé, el orbitador era el único vehículo aéreo que tenía el morro hacia abajo; la mayoría de los demás aviones tienen el tren de aterrizaje nivelado o, si no, tienen el tren de aterrizaje con la rueda de cola con el morro hacia arriba. ¿Cuál es la razón de esto?

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No es una respuesta, pero creo que es notable que la mayoría de los aviones necesitan alas niveladas o apuntando hacia arriba en el suelo para despegar de una pista. Pero el transbordador nunca abandonó el suelo de esa manera. Solo necesitaba preocuparse por aterrizar.
No es el único vehículo aéreo que está boca abajo en el suelo. Algunos jets regionales más pequeños (por ejemplo, el CRJ-900) también se sientan en una actitud de nariz ligeramente baja.
Entonces, ¿aterrizará con el tren principal y solo dejará caer la nariz mucho más tarde, con menos violencia? ¿Como todos los aviones comerciales? Es más pronunciado en el SHuttle, porque el transbordador nunca intentará despegar aerodinámicamente, por lo que puede generar un fuerte ángulo negativo en las alas una vez que todas las ruedas están en el suelo. Y, por supuesto, rueda más pequeña = menos masa.
También me pregunto qué tan importante fue el paracaídas de caída (que se despliega mientras el tren delantero aún está en el aire) en este sentido. Como estaba unido por encima de los motores, debe haber causado un cabeceo hacia arriba bastante importante, lo que frenaría el golpe frontal.

Respuestas (1)

Realmente hay dos preguntas aquí: ¿por qué el tren principal es largo y por qué el tren delantero es corto?

El tren principal de la mayoría de las aeronaves está diseñado para soportar la mayor parte del peso de la aeronave y, por lo tanto, se coloca cerca (ligeramente hacia atrás) del centro de gravedad. El transbordador espacial aterriza en un alto ángulo de ataque (una actitud muy morro arriba) debido a sus alas delta. Para proporcionar un espacio adecuado para evitar un golpe de cola, el tren principal debe ser largo.

Actitud de raspado de cola
Manual de operaciones de la tripulación del transbordador - Sección 4.9-1

Concorde también tenía alas delta y aterrizó en un alto ángulo de ataque. De manera similar, tenía un tren principal muy largo.

aterrizaje del concorde
Fuente: Wikipedia

Con el fin de mantener el nivel del pasillo para los pasajeros que suben y bajan, el Concorde también necesitaba un tren de morro largo.

Entonces, ¿por qué el transbordador no tenía un puntal de engranaje de morro largo? Para ahorrar peso. Cada libra/kg de masa que agrega al puntal del tren de morro da como resultado una carga útil mucho menor que puede llevar al espacio. El transbordador no tenía pasajeros caminando por el pasillo, por lo que no había muchos requisitos para mantenerlo nivelado.

Una consecuencia interesante del ángulo de ataque negativo (morro hacia abajo) después del aterrizaje fue que aplicó una carga adicional en el tren principal. En ese ángulo, el ala quiere "levantar" el transbordador hacia la pista. Entonces, después de que el tren de morro tocó tierra, los alerones se colocaron 10° hacia abajo, lo que cambió el ángulo de ataque del ala y ayudó a reducir el peso que se aplicaba al tren principal. Esto se denominó "alivio de carga elevon". Consulte el Manual de operaciones de la tripulación del transbordador - Sección 7.4-19

Un aparte interesante, "la caída del tren de morro" fue a menudo el caso de carga de conducción para una misión de transbordador.
Agregaría que otros aviones de ala delta necesitan mantener la nariz hacia arriba para mantener el ángulo de ataque necesario para despegar de una pista. El transbordador, por supuesto, no tenía tal requisito.
¡Derotación de ajuste de pitido! Gran respuesta.
@Nimloth Bueno, técnicamente, el transbordador espacial tiene el requisito AoA más alto absoluto (hacia arriba) durante el despegue, pero eso no tiene nada que ver con sus trenes de aterrizaje.
@Nelson, si realmente quiere ser técnico, la actitud directa no significa un AoA alto. Si asume viento cero, entonces su AoA es simplemente el ángulo entre el lugar donde apunta su nariz y la dirección de viaje. Si apunta directamente hacia arriba y viaja directamente hacia arriba, entonces su AoA es cero.
@Nimloth Las alas del transbordador también eran mucho más pequeñas en relación con el vehículo, de modo que ni siquiera podía volar, sino deslizarse hasta aterrizar. No es como si la NASA alguna vez lo hiciera dar vueltas alrededor de la torre por un tiempo antes de despejar una pista. Básicamente tuvo un intento de aproximación después del reingreso (¿y tal vez una copia de seguridad de emergencia un poco más adelante en aproximadamente la misma dirección? Sin embargo, no creo que eso haya sido necesario).
@BretCopeland: si quieres ser aún más técnico, las alas no tienen que alinearse perfectamente con la nariz, por lo que AoA es en realidad el ángulo entre tus alas y la dirección de desplazamiento. (por ejemplo, los aviones de línea inclinan las alas un par de grados en relación con el cuerpo, para que puedan mantener el AoA de crucero con la nariz aún más cerca del nivel. Esto reduce la resistencia, porque el cuerpo no es un ala tan eficiente como las alas reales, por lo que lo quiero más cerca de la nariz). Supongo que la reproducción aleatoria alinea las alas con la nariz para que puedan minimizar la resistencia en todas las partes simultáneamente para el calentamiento de reentrada, tan cierto allí.
@DarrelHoffman: Lo he visto en una simulación en la que se hizo un 360 como respuesta a una subida demasiado alta. En los primeros días, incluso pudo haber quedado combustible en los motores OMS que podría usarse para afinar, pero en los últimos días no había.
@DarrelHoffman: Sí, estaba pensando lo mismo. Shuttle y Concord tienen alas más pequeñas que las típicas aeronaves subsónicas. El ala delta permite un AoA alto sin detenerse (creo), pero el hecho de que lo necesiten a la velocidad de aterrizaje para lograr una tasa de caída razonable podría deberse a que tienen alas más pequeñas de lo que desearía para un diseño de crucero subsónico. ¿Es eso exacto, @Bret? Supongo que otros aviones de ala delta para mirar podrían ser los cazas Mirage / Rafale, ya que a pesar de estar diseñados para operaciones supersónicas, los cazas tienen alas grandes para su tamaño (para la velocidad de giro).
Las alas @PeterCordes Delta permiten y requieren un AoA alto en vuelos a baja velocidad, al tiempo que funcionan bien en condiciones transónicas y supersónicas.
Sospecho que el largo morro del Concorde tiene más que ver con el morro inclinado que con mantener el nivel del piso de los pasajeros. Solo mirando la imagen, no parece que puedas acortarla mucho sin raspar la nariz en la pista.
Agregaré al comentario de ahorro de peso. No sería solo para ahorrar el peso directamente asociado con el equipo físico, sino también el lastre correspondiente necesario para cambiar el centro de gravedad hacia atrás. Al menos hacia el final del programa, el orbitador voló con el máximo lastre ya que, naturalmente, era muy pesado en la parte delantera (especialmente en escenarios de retorno de contingencia).
Punto interesante sobre el "alivio de carga". En un avión normal, desea cargar el tren principal tanto como sea posible durante la carrera de aterrizaje para permitir un mejor frenado de las ruedas, por lo tanto, spoilers, etc. (La carga de diseño para el tren de aterrizaje proviene del impacto de aterrizaje de todos modos). Siempre supuse que la sustentación negativa en tal actitud era el principal beneficio de tal arreglo para el Transbordador.
Otra cosa interesante que vale la pena mencionar podría ser que los soviéticos construyeron una versión de prueba de Buran que podría despegar horizontalmente con su propio poder. Y tenía, necesariamente, un tren de morro alto con una actitud positiva (morro arriba) en tierra.
¡@nelson AoA es relativo al movimiento del aire, no al suelo!
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