¿Por qué las aletas de rejilla en Starship son puntiagudas y afiladas?

Las aletas de rejilla en Starship están dentadas, ¿por qué? ¿Ayuda en maniobras transónicas?

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Fuente: Starbase Factory Tour con Elon Musk [Parte 1], YouTube, a las 30:28

¿Quizás Elon invitará a cenar a Fred Flintstone más tarde y necesita ablandar un par de toneladas de bistec de brontosaurio? De todos modos, bienvenido a Aviation.SE. Asegúrese de hacer el recorrido y leer las preguntas frecuentes para tener una mejor idea de cómo funcionan los sitios de Stack Exchange.
¿No encajaría mejor en Space.SE?
@RalphJ Es específico de las razones aerodinámicas de esta forma, que solo afectan el funcionamiento atmosférico. Firmemente en un área gris, en mi opinión.
@RalphJ Para preguntas sobre el cohete, estaría de acuerdo. Pero como se trata del diseño aerodinámico de las aletas de rejilla, creo que la pregunta también encaja aquí.
Bueno, esas aletas son inútiles en el espacio, y son un aparato aerodinámico que se usa para guiar el vuelo, por lo que definitivamente es una pregunta que encaja mejor aquí.
Wow, la foto realmente demuestra lo grande que es el cohete.
@Michael Es gracioso, pero estaba pensando exactamente lo contrario. Es la perspectiva del tiempo, en mi caso, supongo. Cuando era niño, construí modelos de cohetes Apolo para visualizar mejor los lanzamientos que veía en la televisión. En cuanto a VtC, el comentario de Jpe61 aquí lo dice todo para mí. VtLO
@CGCampbell: Para mí, el problema es que el cohete se ve incomprensiblemente enorme cuando se lo pone al lado de los humanos. Pero luego pones a los humanos junto a las aletas de la rejilla (que no se ven muy grandes cuando están unidas al cohete) y de repente te das cuenta de que incluso esas ya son enormes.
Tenga en cuenta que esas aletas de rejilla son para Super Heavy, no para Starship. Starship no tiene aletas de rejilla, sus superficies de control aerodinámico son flippety-flappety-bits . A menos que te refieras al "sistema Starship", que consta de Starship y Super Heavy.

Respuestas (2)

Dicho diseño, con bordes de ataque hiperbólicos, ha sido inventado por MBDA (sucursal de Airbus para sistemas de misiles) representada por BAE Systems (contratista de defensa), y se describe en la patente europea 3 599 442 A1 presentada en julio de 2018:

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La curva ayuda a reducir la resistencia, especialmente a velocidades supersónicas, un factor importante para misiles y cohetes, para los cuales el combustible es muy limitado.

Tener una curva hiperbólica para la forma en planta del borde de ataque proporciona una menor resistencia aerodinámica, en particular, una menor resistencia aerodinámica. Esto significa que las aletas de la rejilla podrían usarse como dispositivos/superficies de control y elevación eficientes para vehículos de vuelo supersónico.

Aletas colocadas en la parte superior de un Super Heavy Booster 4 de 70 m de altura :

Aletas colocadas en la parte superior de un Super Heavy Booster 4

Fuente

El refuerzo se utiliza para el programa SpaceX Starship . Los bordes de ataque curvos apuntan al suelo, en la posición requerida para que el propulsor regrese a su plataforma de lanzamiento ( video del viaje de regreso ). De hecho, las aletas se utilizan para el vuelo atmosférico. En el espacio, la actitud se controla mediante propulsores o ruedas de reacción .

Dado que esas aletas se usan en la fase de descenso, ¿no es contraproducente minimizar su resistencia? Después de todo, el cohete necesita desacelerar cuando se despliegan esas aletas.
@PeterKämpf: No se usan para desacelerar, sino para mantener la etapa vertical para la eficiencia del motor. El motor se utiliza para la desaceleración.
Sí, lo entiendo. Pero si produjeran más resistencia, se necesitaría menos combustible para el motor.
@PeterKämpf: Mi suposición es que es más eficiente tener el motor ardiendo en la dirección correcta que intentar agregar algo de desaceleración con las aletas, a costa de tenerlas menos reactivas, por lo que tener un componente de vector de empuje perpendicular a la desaceleración deseada eje, y quemando más combustible, que es muy limitado. Solo una suposición. Tenga en cuenta que el primer uso de las aletas curvas es para misiles, este uso aquí es una segunda aplicación.
Supongo que si fueran meros remos, el comportamiento de dirección/guiado sería pobre en el mejor de los casos (turbulencia y demás), y tal vez algo impredecible. Obviamente, esto es una compensación entre la guía y el frenado, y la pérdida de frenado. Probablemente el combustible perdido en el frenado fue menor que el combustible adicional necesario para estabilizar el vuelo con aletas (o paletas) inferiores.
Veo que Mins fue más rápido escribiendo esto 😃
@PeterKämpf: Cuando se despliegan esas aletas , esas aletas (en el refuerzo de Starship) no se pueden desplegar, a diferencia de Falcon 9: Elon explicó el razonamiento detrás de esto en una entrevista de la que se toma el marco de la pregunta. Permanecerán así y girarán para alinearse con el flujo de aire durante el ascenso. Supongo que rotarán con los dientes hacia arriba durante el ascenso.
@PeterKämpf: Un refuerzo no va directamente hacia arriba, va bastante hacia abajo. Si desea que vuele de regreso al punto de origen, minimizar la resistencia significa que se necesita menos combustible para el vuelo de regreso, por lo que se puede dedicar más al lanzamiento de la carga útil.
Minimizar la resistencia también minimiza la fricción. Originalmente, las aletas de rejilla de SpaceX estaban hechas de aluminio que, por sí solo, no podía sobrevivir sin un revestimiento ablativo. Las aletas más nuevas se cambiaron posteriormente a titanio, que no necesita el recubrimiento, pero imagino que aún querrá reducir el calor si planea reutilizarlas muchas veces.
@RobinWhittleton "Minimizar el arrastre también minimiza la fricción": ¿fue solo una redacción torpe o de hecho está tratando de decir que arrastre <> fricción?
Redacción torpe. Mi punto era que más arrastre conduce a más calor en el material.
Creo que el problema principal es el calor. Las aletas de rejilla están hechas de titanio para evitar que se derrita. Más arrastre hace esto más difícil.
@EricS: Entiendo que las aletas de rejilla de Super Heavy son en realidad de acero.
@FredLarson Cierto, son de titanio en Falcon 9. El problema del calor sigue siendo el mismo.
@RobinWhittleton, el calentamiento de reentrada en su mayoría no se debe a la fricción, sino a la compresión del aire. Si desea minimizar el calentamiento, debe maximizar la resistencia, lo que levanta la onda de choque de compresión de la superficie del cohete y hace que, en su lugar, caliente el aire. Ver en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_entry
@ ymb1 ¿los dientes hacia abajo durante el ascenso no generarían menos resistencia ya que actúan como un borde de fuga convencional? (la mayor parte del ascenso no es súper ni hipersónico)
@qqjkztd: Las primeras etapas generalmente exceden Mach 1 durante el ascenso, pero no por mucho tiempo como dijiste. Aunque si no lo hacen durante el ascenso por mucho tiempo, ¡eso significa que tampoco lo harán durante el descenso por mucho tiempo! ¿Entonces cuál es el punto? :-) / De todos modos, es solo una suposición como escribí; tal vez solo sea necesario cuando la carga útil se empuje más alto y no durante los vuelos de prueba anteriores, o tal vez los motores no permitan / no permitan un rango de movimiento tan completo.

Los bordes como estos reducen la resistencia. Se originaron en Falcon9, donde se pliegan al ascender y se pliegan al regresar.

PERO, en Starship no se pliegan, ahorrando la masa del mecanismo de plegado E incurriendo en el arrastre de los bordes planos en el camino hacia arriba.

@Elon Musk. Girar los bordes puntiagudos para que miren hacia arriba durante el lanzamiento probablemente también ahorrará arrastre en el camino hacia arriba. Luego gírelos hacia abajo en el azimut para regresar. Alternativamente, afile los bordes superiores de la misma manera, para cortar en ambos sentidos y tal vez incluso ahorrar más masa. Entonces, si se reduce la resistencia al subir, ¿podría eso implicar también una reducción en la masa de los puntos de montaje?

Idea tardía. Los refuerzos se reutilizarán mucho (tal vez 100 veces). (Masa y arrastre) ahorrado por la optimización del refuerzo producirá una escala del producto de masa a órbita: (#lanzamientos x #impulsores). Parece que vale la pena

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