¿Por qué los propulsores Falcon Heavy están apilados en una fila en lugar de en un triángulo?

Me pregunto si la pila triangular sería un mejor diseño para manejar el empuje y la estabilidad del vuelo.

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Fuente de la foto (dominio público) .

¿No serían tres en un triángulo más como un solo tanque más grande con tres cohetes debajo?
@Criggie eso es exactamente lo que sería... :)
¿Qué ventajas esperaría? No veo más que una gran cantidad de problemas debido a la vectorización de empuje.
Tenga en cuenta que solo el refuerzo central en FH lleva una carga útil. Si los tres propulsores estuvieran dispuestos en un triángulo, la carga útil estaría descentrada.
no entiendo la pregunta ¿Alguien que sí puede agregar una imagen simple para ilustrar los dos casos?
@user985366 - Visto desde arriba (o desde abajo), oh o versus ooo .
Debería haber agregado más información a la pregunta original. Suponiendo que los 3 impulsores de la primera etapa sean exactamente iguales y que la carga útil con una segunda etapa se instale en el centro.
Bueno, dependiendo de cómo vaya el primer vuelo obtendremos la respuesta. He leído algunas entrevistas con Elon donde expresó su preocupación por las dificultades en la construcción de Falcon Heavy. Inicialmente, parecen pensar que es tan fácil como apilar 3 refuerzos seguidos, lo que resultó no ser el caso. Así que me preguntaba si una pila de filas es un diseño óptimo. Dado el problema con la separación de 2 propulsores durante el vuelo para permitir que el propulsor de carga útil principal continúe, preguntaría nuevamente: ¿Qué tal el propulsor de carga útil principal con 3 propulsores adicionales conectados simétricamente alrededor? Todavía me pregunto si esta configuración es mejor para administrar el empuje.

Respuestas (3)

Los impulsores están en fila porque es fácil ensamblarlos horizontalmente cuando están en fila. Si estuvieran apilados, las 2 etapas inferiores tendrían que soportar el peso de la tercera, por lo que deberían fortalecerse.

El plan también es que el núcleo central funcione con un ajuste de empuje más bajo.

En una configuración triangular con los 3 núcleos como están ahora, es decir, 1 cohete de dos etapas con la carga útil en la parte superior, más 2 propulsores), el empuje total (así como el peso) sería asimétrico, lo cual no es deseable: para compensar, usted Tendría que cardar los motores y empujar en ángulo, lo cual es menos eficiente que empujar a lo largo del vector de velocidad.

Poner los 3 núcleos en un triángulo tiene otro inconveniente: los puntos de conexión ahora se superponen entre sí, lo que hace que sea más difícil tener 2 núcleos "laterales" idénticos.

Es posible llenar uno de los núcleos laterales para escalonar la separación, pero reduce el rendimiento porque el núcleo se apagará antes.

En la década de 1960, la empresa británica BAC estaba trabajando en MUSTARD , un vehículo de dos etapas para orbitar totalmente reutilizable. Este constaba de 3 cuerpos elevadores de forma idéntica. 2 fueron los propulsores, el tercero fue la nave espacial.

Había 2 formas de apilar los 3 vehículos: en línea o en un triángulo.

Despegue mostaza

BAC estudió ambas configuraciones (además de muchas otras) y descubrió que la configuración en línea era la mejor, en parte debido a los problemas de equilibrio del triángulo (de 'British secret project volumen 5: Gran Bretaña's space shuttle', de Dan Sharp, página 149). Dado que Mustard era un programa de I+D de bajo presupuesto, el hecho de que se hayan estudiado diferentes configuraciones de refuerzo me dice que no se llegó a la configuración de Falcon Heavy por accidente, IOW, SpaceX habrá examinado las alternativas y las habrá descartado porque no ofrecían un beneficio sobre el que eligieron implementar.

Finalmente, considere la historia: cada cohete con 2 propulsores los tiene en línea en lugar de en un triángulo. Ariane 4, 5, 6. Titan IIC, 34D, Delta IV Heavy, Transbordador espacial, por nombrar algunos.

Editar : una configuración con 3 primeras etapas en un triángulo, más una segunda etapa y carga útil en el centro de ese triángulo sería peor: ahora debe ejecutar las 3 etapas con la misma potencia y deshacerse de ellas al mismo tiempo . Esto significa que la primera etapa tiene un tiempo de ejecución total más corto en comparación con la configuración del mundo real.

En RW, el núcleo central funciona con un ajuste de empuje más bajo. Entonces, cuando los 2 impulsores se separan, el núcleo central todavía tiene combustible y puede seguir funcionando por un tiempo. Esto aumenta el rendimiento al ejecutar los 3 núcleos con el mismo empuje.

Entonces, para un triángulo con la segunda etapa en el medio, necesitaría una segunda etapa nueva y más grande para compensar el menor rendimiento de la primera etapa.
Esta configuración reduce las similitudes con el F9: la segunda etapa es única, necesitaría una nueva etapa intermedia para conectar los 3 núcleos con la segunda etapa, esta etapa intermedia necesita mecanismos de separación para separarla tanto de los núcleos como de la segunda etapa (mientras que la La interetapa F9 permanece unida al núcleo). Ya no se puede recuperar la interestatal. Interstage se vuelve mucho más pesado, lo que reduce el rendimiento.

Pero, ¿por qué la asimetría es indeseable? Con 9 motores Merlin en cada primera etapa, ¿no podrían los tres núcleos, incluso en una fila como en el FH, compensar uno de los que se caen primero y el medio minuto después? ¿Por qué no llenarlos con diferentes cantidades de combustible para optimizar su entrega de uno en uno, los tres? "Porque es fácil" a veces provoca que los competidores se esfuercen para hacerlo aún más fácil.
Abordó esas preguntas...
"Poner los 3 núcleos en un triángulo tiene otro inconveniente: los puntos de unión ahora se superponen entre sí, lo que hace que sea más difícil tener 2 núcleos "laterales" idénticos". No estoy siguiendo esto. En un triángulo, los 3 estarían conectados a los otros dos en 2 puntos separados por 60 grados. Eso debería hacer que el anclaje sea idéntico en los 3 impulsores de la primera etapa.
Compruebe cómo se conectan los núcleos FH de la vida real: hay dos brazos en lados opuestos uno del otro. Ese arreglo no se puede usar en un triángulo.
O la carga útil tendría que colgar sobre un espacio vacío en el medio, en lugar de apilarse normalmente sobre el propulsor central, o estaría descentrada, creando una serie de problemas, ya que desplazaría el centro de masa fuera del centro de empuje.
"cada cohete con 2 propulsores los tiene en línea en lugar de en un triángulo" - No del todo. Las configuraciones de dos refuerzos del Atlas V tienen una ubicación de refuerzo asimétrica, pero eso se debe a las limitaciones impuestas por el diseño del núcleo central.

Las otras respuestas tienen excelentes razones de por qué los 3 impulsores en el Falcon Heavy están en una línea, sin embargo, no han mencionado la distribución de peso asimétrica que causaría hacer un triángulo.

Considere: 2 propulsores regulares "descargados" (sin carenado/carga útil) y un propulsor "cargado" en un triángulo. El refuerzo / esquina con la carga útil sería más pesado.

Supongo que había considerado un diseño centrado en forma de triángulo como algo dado, pero de hecho tienes razón.

La fila funciona mejor para el propósito previsto. El impulsor central no consumirá combustible tan rápido como los impulsores laterales. Esto permitirá que continúe durante un tiempo después de que se hayan dejado los refuerzos laterales.

Si se hiciera un triángulo, sería más estable, pero no permitiría liberar dos de los impulsores separados del tercero.

¿Cómo sería más estable un arreglo triangular?
Cuanto más cerca esté el empuje del centro de masa, mejor será. Con una forma de triángulo, la distancia se reduce y, por lo tanto, el cohete debería ser un poco más estable y eficiente en combustible, excepto por la liberación temprana de impulsores.
¿No es esa la falacia del péndulo cohete?
¿Por qué no sería posible liberar los 2 refuerzos "laterales" simultáneamente en esta configuración?
@Hobbes tiene que ver con lo único que parecía haberse perdido en su excelente respuesta, y es que la carga útil está conectada al refuerzo central. En la configuración triangular, la carga útil tendría que estar centrada entre los tres, no conectada directamente sobre un solo refuerzo. No puede tener la carga útil centrada sobre los tres y al mismo tiempo cualquier refuerzo, que es probablemente la razón principal de la configuración elegida. Mira la respuesta de sí.
no necesariamente. El transbordador espacial tiene el orbitador en una posición asimétrica en relación con los propulsores. El Atlas V 511 tiene un propulsor y la carga útil está sobre la segunda etapa, no sobre el centro de masa. Eso me sugiere que podría construir un FH con la carga útil en la parte superior del núcleo central y 2 impulsores sincronizados a 60º entre ellos.
@Hobbes, podría, pero los tres núcleos tendrían que separarse ligeramente, por lo que parte de su empuje se perdería debido a las fuerzas laterales que se cancelan, y la estructura tendría que resistir esas fuerzas laterales, lo que la haría pesada. Podrías usar gimballing, a los motores no les gusta que los gimbalen durante mucho tiempo y estarías limitando el ángulo de gimbal utilizable porque "centrado" ya está gimbalado.
@Hobbes Incluso si pudiera superar los problemas estructurales de una configuración de triángulo extendido, tendría problemas cuando dejara caer los refuerzos. Para empezar, tener los lados planos no paralelos al flujo de aire puede causar problemas de arrastre, pero lo que es más importante, al deshacerse de ellos, su tendencia natural sería moverse hacia el núcleo restante, por lo que necesitaría motores de separación más grandes para superar eso. Además, una vez que los propulsores se hayan ido, el núcleo central estaría apuntando algunos grados de lo que ahora está "hacia adelante", lo que costará combustible y velocidad para corregir, en una maniobra que podría ser complicada cuando está bajo pleno empuje.
¿Por qué los propulsores Falcon Heavy están apilados en una fila en lugar de en un triángulo?
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