Un factor al diseñar un lanzador es el total requerido. Para una dada , los ingenieros pueden definir la cantidad de propelente. A partir de esta cantidad pueden definir el volumen del lanzador. Así es como me imagino los primeros pasos al diseñar un nuevo cohete. Puedo estar equivocado, no dudes en corregirme.
Un lanzador es básicamente un cilindro. Para un volumen dado, puede ser más delgado y más largo o más gordo y más corto. Decidí llamar "relación de aspecto" a la relación entre la altura y el diámetro para el resto de la pregunta. No sé si hay un nombre mejor. Uso este número para definir si un cohete es delgado o gordo.
Recopilé los siguientes datos (ordenados de mayor a menor) para algunos lanzadores sin refuerzos con correa:
La relación de aspecto (altura/diámetro) varía desde menos de 7 (bajo y gordo) hasta casi 20 (largo y delgado). No veo ninguna lógica en esta elección (no hay una correlación obvia con la capacidad de carga útil, la fecha de diseño o el país de origen, y no hay restricciones de tamaño, ya que todos se lanzan al exterior, al contrario que ICBM, que debe ser lo suficientemente corto como para caber allí silo/submarino ). Mi pregunta surge dada esta variedad en la relación de aspecto.
¿Cómo deciden los diseñadores de lanzadores la relación de aspecto de sus lanzadores? ¿Qué criterios tienen en cuenta para decidir si su lanzador debe ser más delgado o más grueso?
Preguntas relacionadas:
Hay varios factores en conflicto que influyen en la relación de aspecto, por lo que no sorprende que sea difícil encontrar correlaciones obvias.
Un cohete más largo y delgado tiene menos área frontal, por lo que experimenta menos resistencia del aire.
Un cohete más corto y grueso tiene más volumen (tanque de combustible potencial) por área de superficie (masa estructural seca).
Un cohete más grande sufre menos la resistencia del aire que uno más pequeño con la misma relación de aspecto, lo que ayuda a explicar Sea Dragon y Saturn V: su penalización por resistencia del aire es menor, por lo que están más optimizados para volumen/superficie.
En general, su lista muestra una tendencia a que los lanzadores más nuevos sean más largos y delgados; La ciencia de los materiales y el modelado por computadora de la tensión mecánica han hecho posible aligerar sustancialmente el tanque de cohetes, reduciendo la penalización de peso por volumen para los cohetes largos y delgados. Falcon 9 tiene una relación de masa seca excepcionalmente buena a pesar de su longitud, por ejemplo, incluso en comparación con el Zenit , que tiene un tipo de construcción generalmente similar.
Supongo que Vega y Sea Dragon son valores atípicos en el extremo rechoncho porque sus revestimientos son mucho más gruesos que los demás (carcasa de cohete sólido para Vega, acero barato para Sea Dragon), por lo que sus diseños se equilibran más hacia la reducción del área de superficie.
No es correcto que un lanzador orbital no tenga restricciones dimensionales solo porque no se lanza desde un silo. El cuerpo del cohete debe ser construido, transportado y ensamblado. La altura del techo de la instalación de ensamblaje Michoud de la NASA puede haber contribuido a la selección del modo de encuentro en la órbita lunar para los alunizajes del Apolo; no hubiera sido posible construir el cohete más grande necesario para el ascenso directo allí.
Una vez que una agencia ha construido un cohete exitoso con una relación de aspecto particular, a menudo fabricará una versión más larga del mismo cohete con el mismo diámetro, para que pueda usar las mismas herramientas de fábrica. Falcon 9 es uno de los casos más extremos, habiendo crecido de 48 m a 70 m de largo en la versión Block 5. Si la versión original de un diseño determinado alcanzó la relación de aspecto óptima por consideraciones aerodinámicas y estructurales 1 , las versiones ampliadas se apartarán de ese óptimo para mantener bajos los costos de desarrollo y producción.
1: Voz del narrador de Ron Howard: "No alcanzó la relación de aspecto óptima".
Carlos Witthoft
Mármol Orgánico
Mármol Orgánico
GDD
uwe
manu h
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russell borogove
Mármol Orgánico
UH oh
+1Gran pregunta, no hay razón para cerrar! una pregunta más diferente pero relacionada: ¿ Por qué la forma de Falcon 9 es tan alta y delgada?