Управление вращением ракеты с помощью одного двигателя

[Demidrol]

Господа, в свете последней посадки falcon 9, интернет бурлит в страстях пытаясь доказать, возможно или нет управление осевым моментом вращения только с помощью центрального двигателя.
Собственно:

На насаспейсфлайте был забавный срачик по поводу моментов и прочего. Что интересно что джим скорее всего не прав. Суть вопроса такова - может ли ракета центральным двигателем убрать строго осевой вращательный момент? Учтите что двигатель может наклонять вектор тяги относительно оси ракеты а так же что центр масс не находится в точке приложения сил двигателем.

Для простоты ракета в вакуме и нам плевать куда в итоге будет направлен вектор скорости. Двигатель работает на магии. Масса ракеты постоянна

[СТРОБОСКОП]

А почему поворотные рули внутри сопла не подходят?

[Грехов Михаил]

Ну уже ответили... Газовые рули, как у Фау-2

[konstkir]

Так и не понял, в чем проблема?

[viesis]

Сейчас емнип проще поступают- впрыск вещества вдоль стенки камеры сгорания.

[Demidrol]

Не, тут чисто теоретическая задача. Только тягой центрального двигателя.
Да, на практике есть ракеты с одним двигателем и с контролем вращения, реализуемым разными схемами. У RS-68, например, управляемое сопло выхлопа газогенератора, которое смещено относительно оси ракеты.

[Demidrol]

Так и не понял, в чем проблема?

Проблем нет, есть момент оспаривания слов Маска, что двигатели остановили вращение. Хотя там участвовали не двигатели, а двигатель и Маск мог иметь ввиду RCS.

Сейчас емнип проще поступают- впрыск вещества вдоль стенки камеры сгорания.

Не слышал о таком, впрыск выхлопа от газогенератора вдоль стенки есть такое, но это для охлаждения и этот процесс никак не управляется.

[СТРОБОСКОП]

Для управления газовыми рулями второй реактивный двигатель не нужен.

[Грехов Михаил]

Сейчас емнип проще поступают- впрыск вещества вдоль стенки камеры сгорания.

Такой способ даст боковое смещение вектора тяги - то есть все-равно что управляемый вектор тяги с кардановым подвесом. Но он не дает момента относительно продольной оси вращения РН. Так что это совсем не то.

но это для охлаждения и этот процесс никак не управляется.

Нет, не так... есть и рубашка для охлаждения - типа впрыскивают топливо по окружности сопла для того, чтобы струя раскаленных газов поменьше касалась сопла... а есть и впрыск и притом управляемый. Но вроде такое если и применяется где-то то весьма редко. 

[Demidrol]

Для управления газовыми рулями второй реактивный двигатель не нужен.

Да. Но мы рассматриваем ситуацию когда нет никаких сторонних систем для управления осевым вращением или эти системы вышли из строя и вопрос можно ли создать управляющее воздействие только центральным двигателем.

[Demidrol]

типа впрыскивают топливо по окружности сопла для того, чтобы струя раскаленных газов поменьше касалась сопла... 

Прям впрыскивают топливо вдоль стенок? Так это ж получатся неоднородности сгорания или нет? Где так делают?

[viesis]

типа впрыскивают топливо по окружности сопла для того, чтобы струя раскаленных газов поменьше касалась сопла...

Прям впрыскивают топливо вдоль стенок? Так это ж получатся неоднородности сгорания или нет? Где так делают?

Если не путаю, то в твердотопливных МБР.

[СТРОБОСКОП]

При посадке есть возможность воспользоваться аэродинамическим управлением, но если:

Но мы рассматриваем ситуацию когда нет никаких сторонних систем для управления осевым вращением или эти системы вышли из строя

то и управлять осевым вращением нельзя.

[Грехов Михаил]

Прям впрыскивают топливо вдоль стенок? Так это ж получатся неоднородности сгорания или нет? Где так делают?

Вдув газа происходит в закритическую область сопла - в конце расширяющегося насадка. там уже процессы сгорания не идут. Ну если говорить об управлении вектором тяги впрыском.

если говорить о защиты сопла пристеночным слоем топлива -то такое применялось в частности на ЖРД первой ступени Сатурн-5 -F1.

[Diff]

Представим, ракета вращается вдоль оси, двигатель откланяется и дает небольшой импульс, момента относительно оси вращения нет, но начинается прецессия, двигатель начинает ее гасить (это он точно может), не приведет ли это в конце концов к гашению вращения? Я так на вскидку не могу.

[Грехов Михаил]

Нет. Отклонение вектора тяги двигателя такого момента не даст. Сущность же газовых рулей в том числе засчет разного направления диаметрально противоположных потоков разнесенных на расстояние диаметра сопла все-таки иметь возможность дать компенсирующий момент.

[Pova]

Ну я понял довольно однозначно: RCS остановили вращение ракеты, как только вертикальная скорость упала и решетчатые рули потеряли эффективность. Плюс выпуск лап также благоприятно сказался. Заслуга центрального Мерлина - гашение скорости.

[Demidrol]

Если не путаю, то в твердотопливных МБР.

Ага, на Тополе есть вдув газа в закрытую часть сопла на третьей ступени для управления по тангажу и курсу. Про вращение ничего не нашел. Вроде есть какие-то патенты, когда с помощью спиралевидной вставки и вращение так можно контролировать.
Но, вернемся к теме - у Мерлина нет таких возможностей, поэтому остается только тяга.

то и управлять осевым вращением нельзя.

Вот я тоже в этом уверен

если говорить о защиты сопла пристеночным слоем топлива -то такое применялось в частности на ЖРД первой ступени Сатурн-5 -F1.

Я об этом же говорил. Меня просто смутило упоминание именно топлива, в то время как в F-1 и в Мерлине вдувается относительно холодный генераторный газ.

Заслуга центрального Мерлина - гашение скорости.

Согласен.

[Diff]

Нет. Отклонение вектора тяги двигателя такого момента не даст.

Какого такого? Если говорить о моменте относительно начальной оси вращения, то в первый момент, да, не даст. А как только ракета отклонится, то уже может дать, но возможно, что в этот момент нужно давать уже момент относительно несколько другой оси.

Сущность же газовых рулей ...

C газовыми рулями все понятно, но их нет на Фалконе.

RCS

Что такое RCS?

[Pova]

Что такое RCS?

Reaction Control System (RCS). У Фалькона 9 реализована в виде Nitrogen cold gas thrusters - двигатели на сжатом азоте. Их непрерывная работа хороша видна в видео ступени "от первого лица"