Аэродинамическое торможение с гиперболической траектории

[Ulkolainen]

Нет. Вы явно не знаете системы наград Рейха нибелунгов!
Сразу видно не "воевали" вы за нибелунгов, скажем, в симуляторе "Ил-2"...

Таки да. Когда меня тянуло повоевать, я предпочитал HOI.

Видимо тупо за "пропаганда нацизма". "Дебилы, бл!!!..." (с)
Господи, как же утомляют дураки!!!!

В РФ одна свастика вне осуждающего её контекста - уже потенциально статья. Вы иностранец, но площадка-то здешняя, её жалко.

Да, надо считать термодинамику... Но как? Есть подходы?

"Есть ли у Вас план, мистер Фикс?.."
Естественно, нет. Но было утверждение, что Стефан с Больцманом для нас недостаточно горячи, которым я не то успокоил, не то перепугал собеседников. Для начала можно обосновать его:
Суммарная ∆Е от снижения скорости 46,68 ->>- 25,63 получается 761МДж/кг.
Тормозим 700 секунд, мощность ~1,1МВт/кг. Развивается не линейно, но предлагаю пока игнорировать этот факт. Если мы сумеем её сбрасывать в таком масштабе, то дьявол, кроющийся в деталях, чертям не страшен.
А мы сумеем:
j= σT⁴, т.е. для АЧТ равновесная температура поверхности всего 2100 К.

Не всё так просто. Это излучение с кв. метра, без поправки на "степень черноты" и оптическую толщину плазмы.
Но мы вписываемся по порядку величин, это наш пропуск дальше. А главное - мы вписываемся даже приняв на корпус ВСЮ тепловую мощность, без её дележа с атмосферными потоками.
 

[Mercury127]

j= σT4, т.е. для АЧТ равновесная температура поверхности всего 2100 К.

неа.
это если у вас 1 кг/м^2.
те всего 10 т на весь дрынолет со щитом 100х100 м.
такой, конечно, легко затормозится...
а куда девать остальные 90 или 990 т?

[Ulkolainen]

неа.
это если у вас 1 кг/м^2.

...мощность ~1,1МВт/кг ... излучение с кв. метра, без поправки на...

Что не так?

те всего 10 т на весь дрынолет со щитом 100х100 м.
такой, конечно, легко затормозится...

Если тут вообще уместно слово "легко", то да.

а куда девать остальные 90 или 990 т?

Часть предлагалось выкинуть на паровое охлаждение, часть можно подогреть еще немного. Материалы, выдерживающие 2500С (термодиссоциация воды) и выше, не фантастичны.

[Mercury127]

А то, что их вначале все равно надо тормозить. Хоть выкидывай потом, хоть нет. И тогда будет совсем не 760 МВт/кг и 2000 К, а 7600 и 3500, или 76000 и 6300.

[Mercury127]

1 кг/квм - это слой воды 1 мм (миллиметр!). Те весь 10 т дрынолет - это такой вот слой площадью 100х100 м...
И оно должно на протяжении 700 с выдерживать перегрузку 4-5 же и температуру 2000 К, сохраняя форму.
Не, не взлетит.

[Ulkolainen]

А то, что их вначале все равно надо тормозить. Хоть выкидывай потом, хоть нет.

С этого места поподробнее, пожалуйста.
Потом - это когда? Вы про "обратную" формулу Циолковского?
Пар, сбрасываемый в противоход, действительно будет рабочим телом, внося свою невеликую лепту в тормозной импульс. Но лепта не велика, зато энтальпия у воды большая.

[Mercury127]

Пар, сбрасываемый в противоход, действительно будет рабочим телом, внося свою невеликую лепту в тормозной импульс. Но лепта не велика, зато энтальпия у воды большая.

так если у нас 90 т воды летят вместе с нашими 10 т чего то полезного на 55 км/с, и мы их хотим расходовать в течении 700 с - то за первую секунду мы израсходуем лишь 0,129 т, а остальные 89,871 т нам таки нужно затормозить до тех же 54,97 км/с, что и наши полезные 10 т...

[Андрей Астрофизический]

Возвращаясь к теме

А все-таки, получилась симуляционная модель. И, на правду вроде бы, вполне похоже. Добавил туда учет формы, площади, массы корабля. Коэффициента подъемной силы, и графики профиля входа.
Осталось под-рихтовать мелкие шероховатости, и можно будет публиковать сам инструмент.

Вообще, по-тыкавшись в модель, что я для себя нашел. 200-тонный корабль довольно скверно тормозится об атмосферу Марса - для вменяемого аэробрекинга категорически нужна отрицательная подъемная сила на всем протяжении траектории, и с немалым коэффициентом.

Это при -1.5 получилось. Конечно тут параметры самого корабля очень грубо выставлены, и есть подозрение что с площадью я промахнулся - он ведь будет не носом влетать, а под углом полу-плашмя. Но под каким углом и как это считать, я пока хз)) Угол должен быть немаленький точно, тогда все получается вполне. И крылья тоже явно нужны, без них нужный коэффициент подъемной силы никак не выйдет.

[Mercury127]

неплохая тулза, мне нравится!
но сделкать бы еще так, чтоб:
- расчет прерывался по эскейпу или пробелу, а то мышой тыкать не гут,
- и поля в форме можно было инкрементить/декрементить по +/-.

[Андрей Астрофизический]

  адресок то я замазать и забыл) Ну, и ладно.
Из недоделок там пока, то что в качестве изображения планеты, показывает Марс вместо большинства планет. Юпитера, Сатурна, и т.п... Потом фоток добавлю. Ну и контроля вводимых значений нету. Так что надо ручками аккуратно вводить корректное.
Lift-to-Drag Ratio - это безразмерный коэффициент отсюда - положительные значения для положительной подъемной силы, отрицательные - для отрицательной. А 0 это строго-симметричный объект вообще без подъемной силы)

и поля в форме можно было инкрементить/декрементить по +/-.

Хех))) а +/- сколько? Они же не целочисленные в основном.

Задался целью прикинуть, как долго может Старшип держать себя в атмосфере Марса, при входе с гиперболической траектории.
Однако, впечатляет  при том что я подъемную силу скинул до более реалистичных значений.

[Mercury127]

Хех))) а +/- сколько? Они же не целочисленные в основном.

разумеется, последний разряд.
те если у меня в текущем поле 26.389, то плюс должен сделать в нем 26.390, а минус - 26.388.
а вместо двух кнопок лучше сделать одну старт/стоп.
или еще лучше - старт можно делать по энтеру на любом поле, стоп - по эскейпу.

=====

кстатти, избыток прижимающей силы может давать весьма неожиданные результаты... напрмиер, рикошет!



=====

хотя при большей точности расчета это оказывается не рикошет, а кувыркание аппарата в атмосфере!

[alex_semenov]

Хех))) а +/- сколько? Они же не целочисленные в основном.

разумеется, последний разряд.
те если у меня в текущем поле 26.389, то плюс должен сделать в нем 26.390, а минус - 26.388.
а вместо двух кнопок лучше сделать одну старт/стоп.
или еще лучше - старт можно делать по энтеру на любом поле, стоп - по эскейпу.

Всецело одобрям и присоедям!
Плюс-минус именно поднастройка долей. Притом последних, если ввел 2.5, + даст 2.6, а если 2.547, + даст 2.548.
Несколько муторно сделать (надо чтобы программа могла подсчитать количество разрядов в окне/параметре, не знаю тонкости вашего инструмента, легко ли это "взять"?), но так совсем круто будет!
И хорошо бы хэлп где-нибудь... (ну это наверное потом?)
Присоединяюсь и к тому что тузла  - офигенная!!!
БРАВО!!!



ЗЫ. еще вопрос. А где Уран, Нептун? Что, туда не летим?
 
Или нет профиля атмосферы? Насколько я понимаю, все атмосферы считаются одинаково от некоторого условного нуля по барометрической формуле? То есть для каждой планеты несколько параметров и задают профиль атмосферы?
Если будете оформлять инструмент до конца, то над сделать по взрослому (как у всяких там "Орбитеров") помимо инструкции по эксплуатации еще и подробное описание расчетной модели.
Тогда совсем круть будет!

ЗЫЗЫ. Ну и если совсем-совсем. Хорошо бы иметь "банк" решений. Примеров (как затравку такого банка). То есть сохранять где-то уже найденные решения в списке (с комментарием) и извлекать их из такого списка в модель. Поиск новых решений как правило происходит изменением параметров ранее найденных решений. Поэтому было бы очень удобно такой банк иметь.
Но это уже базу данных надо лепить, авторизацию тогда (у каждого свой банк) небось... (я не понял, это у вас фронд-энд или бэк-энд решение?).
Не настаиваю что так - обязательно. Но если мы говорим о совершенстве, то я идею подаю.

[Mercury127]

а вот и первый взнос в банк решений...
выход на суборбиту Сатурна (с падением при следующем входев атмосферу) при очень красивых и круглых входных данных:



правда, пиковая перегрузка 261 же... но как базовая траектория для оценки мощности рассеяния энергии сойдет.

[Андрей Астрофизический]

кувыркание аппарата в атмосфере!

Это видимо какой-то артефакт обработки. Можно сказать, баг, но... коэффициент подъемной силы >9 это явно не то, что бывает/может быть у гиперзвукового спускаемого аппарата. Так что, когда прикручу ограничение вводимых значений, таких артефактов не будет.
По сути, что оно такое - по видимому, при таких коэффициентах, аппарат начинает исполнять фигуры пилотажа в духе мертвых петель и т.п., на скоростях в километры в секунду - и итерационный алгоритм уже плохо годится для того чтобы обсчитывать такие выкрутасы. Просто ограничить граничные условия, при которых модель сохраняет способность к адекватной работе, и все)

А где Уран, Нептун? Что, туда не летим?

На самом деле профиль атмосферы (вообще любой планеты) всецело зависит от следующих вещей:
Состав атмосферы, давление на отметке, принимаемой за 0, местного g, и температурный профиль атмосферы по высоте.
То что отмечено курсивом - для каждой отдельно взятой планеты, константа, и хорошо известно.
То что отмечено жирным - для каждой планеты выясняется опытным путем, при посадке. Вычислить, сидя снаружи, это нельзя. Как нельзя было точно установить давление у поверхности Венеры, пока не совершили на нее посадку. Для Сатурна эта величина получена неким моделированием опять же. Я не вникал как, взял готовое.
То, что отмечено подчеркнутым жирным - это сугубо справочные данные, которые выясняются только по месту. Надо погружаться в атмосферу и мерять градусником. После осознания этого факта, начинаешь по другому смотреть на данные по атмосферам планет - обратите внимание, они везде приводят в первую очередь, график температуры от высоты. Не давления, не состав газов, не еще что-нибудь. Температуру. Потому что это имеет ключевое значение, именно зная эти замеры температуры на разных высотах, можно в принципе рассчитывать, как будут вести себя спускаемые аппараты в этой атмосфере. Для Сатурна эти данные получены неким образом через Кассини, но не слишком точно, отчасти его модель построена по аналогии с моделью Юпитера. Для Урана и Нептуна этих данных в принципе нет - никто в их атмосферы с градусником не погружался еще. Как и Тритон с Плутоном. А без температурного профиля, догадки строить нереально - разброс погрешностей для любой конкретной высоты будет в масштабах плюс-минус порядки.

пиковая перегрузка 261 же.

На самом деле есть один хитрый трюк, как эти пиковые перегрузки побороть. У Старшипа при входе в атмосферу Марса, тоже получилась пиковая 8g, но на самом деле так не будет. Такие пиковые перегрузки в нынешней модели образуются от того, что при постоянной подъемной силе, кораблю необходимо в самом начале, когда скорость еще большая, занырнуть в плотные слои, где сопротивление будет максимальным. В противном случае, он не зацепится за атмосферу, при постоянной подъемной силе, и вылетит за ее пределы так и не затормозив.
Но, можно ведь корабль в потоке поворачивать, изменяя подъемную силу. Для начала надо входить более полого, не зарываясь в нижние слои - чтобы избежать перегрузок, но угол атаки делать максимальным, чтобы отрицательной подъемной силой создать нужную кривизну траектории. А после, когда корабль приблизится таки к более плотным слоям, модуль подъемной силы плавно уменьшать - лобовое сопротивление уменьшится и корабль по более пологой траектории и уже без таких перегрузок, продолжит лететь в атмосфере. В итоге, предполагаю, пиковые перегрузки удастся снизить раза в полтора, может немного больше.
Так что модель еще не готова. Для готовности, возможность изменения подъемной силы в профиле входа, надо добавить. А пока она константа.

я не понял, это у вас фронд-энд или бэк-энд решение?

Сейчас - фронтенд целиком) Какого-то серверного кода под ним вообще нет, все на аппаратуре конечного пользователя считается.

[Mercury127]

Просто ограничить граничные условия, при которых модель сохраняет способность к адекватной работе, и все)

я прекрасно понимаю, что модель может врать
просто игрался, чтоб выявить границы.
но, имхо, не стоит вводить такие ограничения.
даже если модель артефачит - пусть остается как прикол модели.
тем более, что, как мне кажется, она в данном случае как раз НЕ артефачит, а просто демонстрирует экзотическое (а экзотическое ли? может, оно так и должно быть?) поведение при введенных юзером экзотических условиях.
те предупреждать пользователя о его том, что он задает скорее всего технически нереализуемые условия - стоит, но запрещать - нет.
и да, кувыркаться он начинает отнюдь не на многих км/с, а примерно на 0-2 км/с, так что ничего необычного в таком кувыркании я не вижу.

В противном случае, он не зацепится за атмосферу, при постоянной подъемной силе, и вылетит за ее пределы так и не затормозив.

я прекрасно это понял
261 же - это просто плоских тормозной щит АМС, без какой бы то ни было подъемной силы.
играясь же с постоянной ПС - затормозить не удалось вообще с 55 км/с. пустое.

Для готовности, возможность изменения подъемной силы в профиле входа, надо добавить.

это было бы замечаетльно. но боюсь, что не получится.
да потому что регулировать ПС надо в реалтайме по месту. те [авто]пилотом. из некоторых вводных условий, наприемр:
- держать кривизну траектории на таком то радиусе.
как это формализорвать? как ввести в модель? а никак...

могу предложить следующее:
у тебя сейчас строятся графики. значит. вместе с ними можно генерировтаь еще и таблицы. и отдавать их юзеру, чтоб он мог их проланализировтаь более детально у себя, какими то своими инструентами, если захочет.

а главное!!! предустореть возможность обратной ЗАГРУЗКИ [той же или упрощенной?] таблицы [состояния модели?] от юзера в модель, где он, юзер, сможет сам задать некую начальную точку и, может быть, ряд, по которому нужно корректировать ПС в нужные моменты/точки...

думпаю, идея понятна?

[Андрей Астрофизический]

как это формализорвать? как ввести в модель? а никак...

Запросто можно Дать юзеру задать несколько условий, указав какие при их исполнении должны быть установлены коэффициенты подъемной силы. И минимально-возможное конструктивно, время перестроения корабля из одной полетной конфигурации в другую. Хотя, скорее это будет скорость изменения подъемной силы.

потому что регулировать ПС надо в реалтайме по месту. те [авто]пилотом.

Я же в том числе поэтому и делал итерационную модель Чтобы иметь возможность, менять свойства корабля в любой момент.

и да, кувыркаться он начинает отнюдь не на многих км/с, а примерно на 0-2 км/с

Это как раз логично и правильно) Если на самолете летящем на двигателях с полной тягой, взять штурвал "на себя" до упора, он точно так же будет "кувыркаться", т.е. исполнять мертвые петли, на сколь угодно низких скоростях, при которых еще подъемная сила сохраняется.
А так, идей полезных много.

Кстати, в симуляторе был баг - атмосферные данные Сатурна и Титана, были забиты неправильно. Сейчас поправил.

Про "рикошет" и мертвые петли в модели.


Вот так вот оно бывает, да. "Рикошет" путем мертвой петли, в которой были перегрузки 105g. И сдается мне, так и должно было быть.
На графике снизу, мертвая петля, петлей выглядеть не будет, потому что там именно график, скалярных показателей, и строится он от времени а не от километража.
Ну и чтобы представлять, что это такое - коэффициент подъемной силы 18.
Это если например у него

Руль высоты поставить в крайнее положение, и до упора втянуть штурвал "на себя". Тогда будет 18. Только этот самолет не рассчитан на гиперзвуковые полеты, и перегрузки в 105 g переносить не способен

[Mercury127]

Вот так вот оно бывает, да. "Рикошет" путем мертвой петли, в которой были перегрузки 105g.

да, примерно так и представлял, когда моделировал Сатурн на повышенной точности - эти петли шли друг за дружкой цепочкой в результате аппарат как будто застревал в атмосфере.

нмв, это хорошо - модель, скорее всего, не врет. и при достаточной прочности корабля к > 10 вполне имеет смысл. так что запрещать безумные, на 1й взгляд, входные данные не стоит - пусть юзер играется, как ему угодно.

[Андрей Астрофизический]

модель, скорее всего, не врет

Хмм... мда  Все таки не зря, я, готовой эту модель еще НЕ называл  И, собственно, не публиковал формально.
Доводить ее до ума еще надо, и ляпы в расчетах отлавливать. Я, например, недавно обнаружил, что перегрузки она у меня выводит выводила не в g, а в м/с². На третий день Зоркий Глаз заметил, что поделить на 9.8 забыл 
И другого всякого нашел, и еще найду наверное.

Хм... мда, это выходит у меня на самом деле, Старшип тормозился об Марс с перегрузками менее 1g. Вообще лепота. А нибелунгам досталось "всего" 33.

А орбитальная механика красиво получается...

[Mercury127]

имеет смысл еще:
- "дистанция до центра планеты", или "до барицентра", но явно не "до планеты";
- писать не только макс a/мин h, но и текущее, причем a лучше таки в м/с^2, и лишь в скобках g: max a 21 м/с^2 (2,14 g)

[Ulkolainen]

так если у нас 90 т воды летят вместе с нашими 10 т чего то полезного на 55 км/с, и мы их хотим расходовать в течении 700 с - то за первую секунду мы израсходуем лишь 0,129 т, а остальные 89,871 т нам таки нужно затормозить до тех же 54,97 км/с, что и наши полезные 10 т...

Ваша правда.
При заявленных скоростях вода на единицу массы кинетически несёт с собой больше, чем способна утилизировать на хим. связи. Т.е., как ни крути, она для нас обуза, а не подспорье.

правда, пиковая перегрузка 261 же...  но как базовая траектория для оценки мощности рассеяния энергии сойдет.

Вот так вот оно бывает, да. "Рикошет" путем мертвой петли, в которой были перегрузки 105g. И сдается мне, так и должно было быть.

9,32.  Аэродинамику надо на минус ставить, тогда никаких петель. Насколько я понял, плюс это подъемная сила, а минус - прижимная.