Küsimus:
SpaceXi kere klapid - miks on vaja nii palju energiat?
Joel Neatrour
2020-06-20 08:02:15 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ma ei kahtle selle konkreetse allika usaldusväärsuses, kuid miks peaks pindade juhtimiseks isegi hüperhelikiirusel (haruldases õhus, arvestama) ja isegi märkimisväärse tuulepoolse pinnaga töötamiseks vaja 1,5 megavatti?

Pean seda kutti üsna usaldusväärseks allikaks ... nii et ma ei kahtle kindlasti tema õigsuses.

Tahaksin lihtsalt paremini mõista, miks oleks vaja nii palju jõudu, et iga laevakere klapid Tähelaeval liigutada.

see on pigem vastamisaeg vist. Teil pole vaja palju energiat, kuid vajate seda kiiresti, seega suur jõud
Arv on mõnevõrra mõistuse piires. Kosmosesüstikul oli kolm 135 hobujõulist lisajõuseadet, mida kasutati süstiku klappide hüdraulika juhtimiseks. Kui mõõdikuks ümber arvutada, on 3 * 135 hobujõudu umbes 300 kilovatti.
Kaks vastused:
tfb
2020-06-21 16:46:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Noh, lähenemisviis sellele on proovida arvutada, kui palju energiat võib vaja minna, ja saate selle sisse häkkida. Kuna ma ei tea, kui suured klapid on või mitmed muud kriitilised parameetrid (ja ma pole kindel, et see teave on avalik), ei saa ma tegelikult arvutada, millised on tegelikud võimsusnõuded: pigem annab see vastus teile vajaliku väljendi arvutage ligikaudselt võimsuse nõuded, kui te neid väärtusi tõesti teate.

Kõigepealt on keskkonnas liikuva keha dünaamilise rõhu väljend:

$$ q = \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 $$

Siin $ \ rho $ on keskmise tihedus ja $ v $ on kiirus. See $ q $ on 'max $ q $ Muidugi $ q $ ': see ütleb teile, kui suurt rõhku atmosfäär avaldab alaühiku kohta, mida proovite selle kaudu teatud kiirusega läbi suruda.

Siis saame sellest alustada töötage välja veel mõned asjad:

$$ \ begin {align} q & = \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 && \ text { rõhk, nagu ülal} \\ F & = qA && \ text {force, $ A $ on õhuvoolule esitatud ala} \\ & = \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 A \\ E & = Fd&& \ text {energy: $ d $ on kaugus, mida proovite teisaldada} \\ & = \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 A d \\ P & = \ frac {E} {t } && \ text {power: $ t $ on aeg, mil liigute üle} \\ & = \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 A \ frac {d} {t} \ end {align} $$

OK, nii et see viimane väljend ütleb teile, kui palju jõudu olete vaja, kui:

  • sõiduk liigub $ v $ ;
  • õhutihedus on $ \ rho $ ;
  • klapid näitavad $ A $ ala õhuvoolu;
  • soovite neid teisaldada $ d $ , õigeaegselt $ t $ .

Viimane on hingedega keeruline klapid, kuid me arvame lihtsalt mõned numbrid ära.

Nii, noh, arvame mõned numbrid ära:

  • $ v = 5 \ korda 340 \, \ mathrm {ms ^ {- 1}} $ (mach 5);
  • $ \ rho = 0,1 \ korda 1,2 \, \ mathrm {kg m ^ {- 3}} $ (kümnendik atmosfääri tihedusest merepinnal);
  • $ A = 0,5 \, \ mathrm {m ^ 2} $ (klapi efektiivne ala);
  • $ d = 0,5 \, \ mathrm { m} $ (kui kaugele soovite selle teisaldada);
  • $ t = 0,25 \, \ mathrm {s} $ (kui kaua soovite seda teisaldada);

Noh, saate kontrollida, kas mõõtmed on õiged - see on jõud - ja vastus on see, et

$$ P = 173400 \, \ mathrm {W} $$

Nii et OK, see on tsiteeritud joonisest natuke madalam - see on umbes Tegelikult on sellest 10 dollarit \% $ . Kuid ma koostasin lihtsalt arvudele usutavad väärtused : mul pole aimugi, mis neist tegelikult on, nagu ma eespool ütlesin. Kui klapid peavad töötama suurema kiirusega, tihedamas õhus või kiiremini või on suuremad, siis on nende juhtimiseks vaja rohkem jõudu.

Keegi, kellel on klappide tegelike numbrite asemel minu leiutatud peaks saama mõistlikumaid väärtusi.


Üks apokrüüfiline teave, mis võib aidata, on Muski kommentaar, et "see on nagu kogu õhusõiduki tiiva liigutamine". Noh, kui suured on lennuki tiivad? Võtame F-15: selle tiiva pindala on $ 56,5 \, \ mathrm {m ^ 2} $ , seega on iga tiib 28,3 USD \, \ mathrm {m ^ 2} $ . Kui me lihtsalt kasutame seda väärtust ülaltoodud avaldise klappide suuruse jaoks, vajame 9,8 dollarit \ korda 10 ^ 6 \, \ mathrm {W} $ ! See on nüüd palju suurem kui määratud võimsus.

Noh, kui eeldame, et klapid on paigutatud umbes 10 $ ^ nurga all \ circ $ õhuvoolule, siis $ A = 28,3 \, \ mathrm {m ^ 2} \ sin 10 ^ \ circ \ u 4,9 \, \ mathrm {m ^ 2} $ ja see annab nõutava võimsuse $ 1,7 \ korda 10 ^ 6 \, \ mathrm {W} $ , mis vastab märgitud võimsusele .

Sellest on selge, et arv $ 1,5 \ korda 10 ^ 6 \, \ mathrm {W} $ on kindlasti paremal ala sellise võimsuse jaoks, mida oleks vaja selliste klappide juhtimiseks.

uudishimulik allhääletus: võib-olla soovib keegi, kes seda tegi, kommenteerida, et saaksin vastust paremaks muuta?
"+ 1" teaduse jaoks! Mõnikord liigutatakse aerodünaamilisi pindu palju kõrgematel sagedustel, eriti kui neid kasutatakse ebastabiilsel lennul. Ma ei tea, kas see on siin nii, kuid kui see nii on, võib see nõuda suuremat tippvõimsust. Teie vastus paneb mind ka mõtlema, kas nad rakendavad midagi sarnast [regeneratiivpidurdusele] (https://et.wikipedia.org/wiki/Regenerative_brake), genereerides jõudu vastupidises suunas liikumisel ;-)
@uhoh: aitäh. Olin vaikne tagasihääletus veidi pettunud - teeksin seda mõnikord, kuid ainult siis, kui arvan, et vastus on täiesti taastamatu, ja minu arvates ei olnud minu oma. Ma arvan, et kui vastusele on lootust, on viisakas kommenteerida, kui te selle alla hääletate. (ka see, et te vaikivat allhäält ei vihjanud, olite muidugi teie!)
David-H-K
2020-06-20 10:40:13 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Tavalisel õhusõidukil on õhuvoolu suunavad (ja lennuki raskust kandvad) tiivad kindlalt kerele kinnitatud. Enamik juhtpindu on juba õhuvoolu suunas ja suunavad selle veidi ümber.

Kui ma saan tähelaeva kavandatavast käitumisest õigesti aru, võivad need klapid olla vooluga peaaegu risti, nii et palju suuremad jõud kohaldada. Kujutage ette, kui üks nendest suurtest klappidest oleks hingede juures maapinnale kinnitatud ja prooviksite seda tormis kasutada tuuleklaasina. Hingede mootorid peaksid olema tormi vastu üles tõstmiseks üsna tugevad.



See küsimus ja vastus tõlgiti automaatselt inglise keelest.Algne sisu on saadaval stackexchange-is, mida täname cc by-sa 4.0-litsentsi eest, mille all seda levitatakse.
Loading...