¿Por qué la base de la mayoría de los escenarios es plana?

Seguramente, un extremo posterior pasivo de un cuerpo aerodinámico debería ser, de manera óptima, más una "punta". Un ejemplo clásico: el transbordador espacial transportado por avión tendría un "cono de cola" sobre los motores para reducir la resistencia:

La palabra clave es pasiva . Comparar con un avión de combate:

El arrastre en el extremo posterior sería causado por el vacío/presión insuficiente que queda en la estela del casco pasivo. Pero si coloca un motor a reacción o un motor de cohete allí, su gas de escape niega por completo ese efecto: en lugar de vacío, hay una cola llameante de gas de escape caliente, a una presión que excede bastante la presión del aire circundante.

Los cohetes a veces tienen una "falda" que extiende los bordes del cohete más cerca de los bordes de las boquillas, para reducir la cantidad de "espacio muerto" entre el fondo del cohete y las salidas de las boquillas, lo que de hecho introduce algo de resistencia. Ejemplo: Protón M

Sin embargo, esto no es universal: la zona es bastante pequeña y eliminar la cantidad de arrastre que introduce puede no valer la pena por la masa adicional, el enfriamiento reducido de las boquillas al pasar el aire, la obstrucción adicional al cardán y un montón de otros dolores de cabeza menores.

Eso es todo sobre la primera etapa (lanzamiento). Para las etapas posteriores, la atmósfera es tan delgada que la resistencia del aire juega un papel muy pequeño y la masa es una prima, por lo que una falda contribuiría negativamente por su masa en lugar de positivamente por la reducción de la resistencia.

Necesita un frente aerodinámico para permitir que el aire fluya alrededor del cohete a velocidades supersónicas. Pero en el fondo, el aire no fluye a su alrededor: es el lugar donde se colocan los motores, y los gases de escape que escapan hacen que el fondo sea lo suficientemente aerodinámico. Eche un vistazo al cohete Falcon 9 en vuelo: (imagen tomada de http://spacenews.com/spacex-shuffles-launch-schedule-for-falcon-9/ ).

Parece haber una excepción llamada motor aerospike: (imagen de https://postils.wordpress.com/2017/04/26/single-stage-to-orbit/ ) que parece ser la base aerodinámica de la primera etapa. Pero en realidad no es parte del escenario, es el motor mismo.

Por supuesto, si faltan los motores, el "corte" crearía resistencia. Este es el caso de la parte superior de la primera etapa del Falcon 9 al aterrizar . Aquí el arrastre ayuda a mantener el cohete en la orientación correcta. Pero durante la primera misión del Falcon Heavy, los propulsores laterales tenían conos de morro, lo que anulaba este efecto y hacía que los propulsores fueran menos estables. Puede leer más sobre este ejemplo aquí: En el Falcon Heavy, ¿por qué los refuerzos laterales usan aletas Ti Grid, pero no el núcleo central?

La forma aerodinámica ideal para fines de arrastre es, de hecho, cónica en la parte posterior, pero ese tipo de cola del barco es muy perjudicial para la estabilidad aerodinámica.

Con una cola ahusada, si el cuerpo del cohete comienza a salirse de la corriente de aire, hay poca fuerza correctiva en la parte trasera: la cola no se extiende hacia la corriente de aire hasta que el ángulo de salida es igual al ángulo de ahusamiento. Con una cola plana, las fuerzas aerodinámicas contra la cola tienden a corregir inmediatamente cualquier giro no deseado.

Los cuerpos de los cohetes con cola de bote necesitan aletas grandes y pesadas para compensar esto:

Como señalan otras respuestas, la columna de escape de los motores de un cohete de fondo plano mitiga el problema de arrastre, y debido a que la columna no está fijada al cuerpo del cohete, no contribuye al problema de estabilidad.

Se ha probado una parte inferior cónica al menos una vez, en el Ariane 5 . Este enfoque ha sido abandonado por su sucesor Ariane 6.

Ariane 6 utilizará el mismo diámetro de etapa y un solo motor de primera etapa que Ariane 5, en una configuración en la que la mayor parte de la parte inferior de la etapa no está cubierta por motores (a diferencia de, por ejemplo, Saturn V y Falcon 9, donde la mayor parte de la superficie de la parte inferior está cubierta por motores). cubierto).

Eso sugiere que ahusar el fondo del escenario no proporciona una ventaja suficiente para seguir usando este enfoque.