שליטה על דחף בשיגור טילים רב-שלב

הפיזיקה של Multi-Stage Staging

רקטות רב-שלביות מתייחסות למגבלה בסיסית של ה-FLT:0rocket משוואה: 1:1; כאשר הרכב מאיץ, הוא חייב גם לדחוף את משקלו המת - טנקים ריקים, מסת מנוע, ואלמנטים מבניים. על ידי הסרת שלבים מותשים, הרקטות מקטין באופן קבוע את המסה שלה, מגבירה באופן דרמטי את המהירות הסופית של טיל טוסטלובסקי מדגימה משוואות מתקדמות לדרגה אחת (מ"מ"מ) עם 7.8.

כל שלב מתוכנן עם תצורה מסוימת של FLT:0 (propellantתערובתFLT) 1 ו- (FLT:2engine תצורה תצורה FLT 3: 3) שלבים נמוכים בדרך כלל להשתמש ב nozztimized, מילימטרים ברמה הים כדי להתגבר על שלבים אטמוספריים וכובד משקל. העליון להשתמש מטושטשים עם אימפולס ספציפי יותר כדי למקסם את האווירה הרכה מחוץ לאטמוספירה או להחלפה חלקית של מעבר של מעברים אלה, חייב להיות שונה בין מעברים שונים של מעבר בין מעברים.

Thrust Control Mechanisms

שליטה על טילים רב-שלביים כוללת מספר מערכות משנה מקושרות המנטרות את כוח המנוע, כיוון וזרימת הדחף.מנגנונים האלה חייבים להגיב בזמן אמת לתנאי טיסה, לעתים קרובות עם דיוק רב-שני.

תגית: Thrtling

[התאמת] את רמת הדחף של המנוע על ידי שליטה בקצב זרימת הדחף לתוך תא ההבעירה.רוב מנועי הרקטות הנוזליים יכולים להתפצל בין 40% ל-100% של דחף מדורג, אם כי כמה עיצובים עמוקים (כמו מרקם של SpaceX 1D) יכולים להיות נמוכים כמו 20%.

מערכות Throttling מסתמכות על מחסנים:0 (propellant שסתום) 1 (בדרך כלל מסתתת חומרים או venturis) אשר להתאים את קצב זרימתם. Servo-oriented or הידראולית לפעול באופן הידראולי חייב להתגבר על לחץ גבוה וטמפרטורה תוך שמירה על יציבות.

ג'ומבה ו- Thrust Vector control

(הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

חלופות ל-Gammbaling כוללות את:0 (מנועי חיפוש) 1:1 (קטטות עזר קטנות) או FLT:2reaction control דחףerssofLT 3: אבל גימבלינג הוא המועדף על המנועים העיקריים כי הוא רותם את הכוח המלא של הפיצ'ר ללא מסה נוספת.

המונחים: Mixture Ratio control

עבור מנועי bipropellant נוזלי, היחס של דלק לחמצן (יחס תערובת) משפיע הן דחף ואימפולס ספציפי.מערכות בקרה להתאים את שערי זרימת כל דחף באופן עצמאי כדי לשמור על היחס הרצוי, אשר עשוי להשתנות במהלך טיסה. ריצה עשירי דלק או oxidizer עשיר יכול לשנות טמפרטורה תא ויציבות של תערובת פעילה הוא קריטי במיוחד ב-F:0 מנפח מדויק (שלבים) או מגובה על פני מחזור 1 ליטר).

מנוע מתחיל וסגור מחדש

כל שלב כולל רצפים מוגדרים מראש עבור החל וסגור את המנועים שלו, לעתים קרובות מעורבים מספר רב שלצי, מחזורי טיהור ותזמון שסתום.לדוגמה, מנוע שלב עליון עשוי לדרוש FLT:0 גרם דחף דחף דחף של הדחף ( 1:1 קודם לכן - משחתים קטנים המיישבים מטהים מטה של טנקים נגד האצה.

מערכות הדרכה וניווט עבור Thrust control

בקרת Thrust אינה פועלת בבידוד; היא משולבת עם יחידות מדידה אינפורמטיביות של הרכב:0guidance, ניווט ובקרה (GNC)BuildFLT:1; מערכת מדידה אינפורמטיבית (IMUs), מקלטי GPS, ועוקבי כוכבים מספקים מיקום, מהירות וגישה נתונים.

אביטוניס וחיישנים

רקטות מודרניות מעסיקות את אלגוריתמים GNC. Accelerometers למדוד האצות אקסקליות ומאוחרות יותר; גירוסקופים עוקבים אחר שיעורי זווית.עברי לחץ בתאי הבעירה ומניעה מספקים משוב ישיר עבור חיישנים טמפרטורה, ומאפשרים למערכת הבקרה להפחית אם יש עודף של חיישנים גבוהים, בעוד קווי רטט לספק משוב ישיר עבור חיישנים עמידים.

שליטה על Algorithms

לוגיקה בקרת הליבה משתמשת בדרך כלל בקרים מתקדמים:0 (integral-integral-derivative) (PID) FLT:1 בקרים או יותר מתקדם FLT:2 לינארי-quadratic רגולטורים (LQR)FLT 3 כדי לנסח פקדים על ידי גולגולת וגימנסיה, או שליטה מודלית (MPC) הופכת לרווחים נפוצים יותר, אשר ניתן להתאים את הכוחות המזוינים של לוח זמנים לא צפויים, למשל, באופן בלתי צפוי, באופן קבוע, ולת שליטה על בסיס קבוע, ובאופן קבוע, כדי להגביר את השליטה על בסיס קבוע, לדוגמה, שינוי, שינוי, על ידי מערכת לוח זמנים, שינוי, על ידי מערכת בקרה על ידי קונסולה, שינוי דרמטי, שינוי, שינוי, ומערכת לוח זמנים, ומערכת שליטה על ידי גרורתי, על ידי גרורתי, שינוי יעיל יותר, על ידי קונסולה, על ידי מדרגה, ומערכת בקרה על ידי מערכת בקרה על ידי גרורתית, ומערכת לוח זמנים, באופן בלתי צפוי, על בסיס קבוע, על בסיס קבוע, על בסיס קבוע, על ידי שינוי קבוע, על ידי שינוי קבוע, על ידי שינוי קבוע, על ידי שינוי קבוע, שינוי קבוע, ומערכת לוח זמנים

הסתגלות בזמן אמת

העדכונים של Thrust control מתרחשים בשיעורים של 50-100 הרץ או גבוה יותר.מחשב הטיסה מתקן באופן קבוע את מסלול הרכב לכיוון נתיב ההתייחסות.FLT:0.0.10.000 הדרכה הדרגתית של ההרחבה 1 שיטות חישוב תכנית התצוגה האופטימלית כמו הנתיב בפועל deviates, שינוי פקודות דחף לעמוד בתנאי הפחתת משקל היעד.

שלב הפרדה ו- Thrust Management

הפרדה בשלב היא אחד השלבים הקריטיים והסיכוןיים ביותר של טיסה רב-שלבית.שליטה על Thrust ממלאת תפקיד מרכזי בהבטחת ההפרדה מתרחשת בבטחה וכי השלב הבא מתעתד באופן אמין.

הפרדה

בדרך כלל, מנועי השלב התחתון מפורצים לראשונה או נסגרים באופן נקי.עבור שלבים נוזליים, הסגירה כוללת סגירת שסתום דחף הראשי וטיהור מדחף שאריות כדי למנוע את הבעירה לאחר הבקתה לאחור.

המונחים: Smooth Transition

לאחר הפרידה, מנועי הבמה העליונים חייבים להתחיל לפני שהרכב מאבד יותר מדי מהירות ומתחיל ליפול בחזרה. (FLT:0) דחף תנופה של שלב ראשון (FLT:1) מסופק לעתים קרובות על ידי מנועים מוצקים קטנים או דחף גז קר כדי להאיץ את הרכב מעט וליישב את המדחף.לאחר התיישב, המנוע הראשי צוה בהדרגה על מנת להזריק תחת שליטה סגורה.

אתגרים תפעוליים

שליטה על טילים רב-שלביים חייבת להתגבר על מספר אתגרים פיזיים והנדסתיים שיכולים להוביל לכישלון המשימה אם לא מנוהל כראוי.

פומפאו אוסוציאציות

פומפאו מתייחס לתנודות ארוכות טווח הנגרמות על ידי אינטראקציות בין תנודות דחף המנוע לבין גמישות מבנית של הרכב.המונח מגיע מהתנועה הקפואה המזכירה מקלה של פונגו.התאוציציות האלה יכולות להגיע למגימה מזיקה המיושמת, תוך הדגשת קווי מניעה ותשלום של מטענים נגד Thrust לשלוט ב pogos דרך FLT:0gophal: מדכאים אלה מונעים כמו phosiculen, אשר דחפים פעילים של מערכת ההפעלה של שבתאי, אשר נאבקומטרדבנים, כמו מוטציות ו-Vulen.

« « עבוד וקידום

במהלך שלבים החוף או כאשר מנוע נסגר, המדחף יכול לצף החוצה מכלי טנק בשל מיקרוגרביטי או האצה אקסילית נמוכה.מצב בלתי מסולק זה יכול לגרום לעומס גז לתוך המנוע, המוביל ל cavitation או כישלונות של בעירה. Thrust לשלוט במערכות בקרה צריך גם כוויות מדחף קטן לפני תחילת המנוע הראשי.

חוסר יכולת

oscillations בלחץ גבוה בחדר ההבעירה יכול לפגוע במהירות רכיבי המנוע. Thrust מערכות בקרה לשלב FLT:0acoustic linersFLT:1, baffles, ו- injector design שינויים כדי לייצב את הבעירה.שיטות בקרה אקטיבית, כגון שינוי לחץ הזרקת הדחף או באמצעות מיקרובים, הם מראים הבטחה לדיכוי בזמן אמתי של פיתוח F-1.

מתח חמקמק וחיצוני

במהלך שינויים מהירים, ⁇ תרמיים בקירות נושלים ובלהבות טורבינות יכולים לגרום להתרחבות לא אחידה, סדקים או התכה.שלטת Thrust חייבת לקבוע שינויים לאט מספיק כדי לאפשר שוויון תרמי, במיוחד כאשר המעבר בין כוח נמוך וגבוה.

חידושים ב- Thrust control

התקדמות בחומרים, מחשוב ועיצוב משפרים ללא הרף את הביצועים והאמינות של מערכות בקרת דחף.

טילים ניתנים לערעור ולתערות

הופעת כלי רכב שיגור ניתנים לחזרה, בעיקר פלקון 9 הובילה לצרכים של התכתות מדויקת מאוד.במהלך הנחיתה, המנוע חייב לשנות דחף מתמיד מעוצמה גבוהה עד אפס כדי להבטיח מגע רך.זה דורש יכולת מתעתעתעת עמוקה (בעד 20% של דחף מדורג), תגובה מהירה, דיוק גבוה על פני מגוון רחב של רמות דחף.

מנועים חשמליים

אדריכלות מנוע חדש, כגון FLT:0RutherfordFLT ( 1 מנוע באלקטרון של Rocket Lab, להשתמש מנועים חשמליים כדי להניע משאבות במקום טורבינות גז.זה מאפשר מנוע להיות נשלט באופן עצמאי על ידי מחשב הטיסה, נותן מענה טמרוסי עדין ומיד על יכולת בשלב העליון, בעוד שכרגע מוגבל למנועי קיבולת קיבולת קיבולת קיבולת קיבולת חשמלית יותר, אשר יכול להיות מחשמלית יותר.

בקרה הסתגלות ולמידה של מכונות

מחקר לאלגוריתמים של אלגוריתמים (FLT:0) מאפשר מערכות בקרה דחף ללמוד ולהתאים לטיסה בהתבסס על התנהגות ממבטית.לדוגמה, אם מנוע מפתח חוסר איזון עדין, הבקר יכול לפצות על ידי שינוי פקודות גימיות.מודלים של למידת מכונות מאומנים על טלמטארי נרחב כדי לחזות חוסר יציבות או נפיחות על ההתחלה והתאמה מוקדמת של פרופילים כחולים.

מקרה מחקרים

שבתאי V ו-AOS

חמשת מנועי ה-F-1 של שבתאי V על הבמה הראשונה יצרו דחף משולב של 7.5 מיליון ליש"ט. Thrust control היה מעורב ב- crottling קבוע (המנועים לא היו מעוכבים עמוקות) אבל תכנות מדויק של סגירת מנוע בזמנים ספציפיים כדי לעצב את המסלול.לאחר מנועים של ניהול הרים-off, מנוע המרכז נסגר מוקדם כדי להגביל את האצה.

פלקון 9 ו-Reusability

פלקון 9 של SpaceX מציג שליטה מודרנית של מנועי 9 מרלין 1D על הבמה הראשונה יכול כל אחד להיות עצמאי מכווצים ומצנחים. במהלך שריפת ההחזקה והנחיתות, המחשב הטיסה באופן סלקטיבי מצית תת-קבוצה של מנועים ומאמת את דחףם לשלוט בדהרציה וכיוון - יכולת הדורשת שליטה יוצאת דופן בזמן אמת.

סויוז וגמישות

משגר הסויוז הרוסי משתמש בארבעה מאיצים ראשונים (כל אחד עם שליטה עצמית) ובמה ליבה.מערכת הבקרה היא אנלוגיה ואלקטרומכנית, אך אמינה מאוד לאחר עשרות שנים של שליטה על סף שליטה כוללת את ה-FLT:0throttleable EngineFLT:1 על כמה גרסאות וקבועים עם התלקחות על יכולת הרכב האחרות, אפילו לדגימה פשטות רבה יותר, וכישלון מכני).

מסקנה

[]שליטה בשיגור רקטות רב-שלבי היא סימפוניה של פיזיקה, הנדסה ותוכנה: ממעלית הבמה הראשונה ועד לשרוף את הזרם הסופי של השלב העליון, כל תנועה של חצץ, השתקפות גימיאל, וקודת שסתום חייבת להתבצע עם דיוק עמוק של נאס"א: מערכת בקרת חשמל פתוחה לתבניות דיגיטליות, הסתגלות ורחבה עמוק הפכה את החלל המודרני, כמו לחץ דם מהיר יותר, כמו: