Спуск с орбиты: крылья без управления

[WkWk]

Мало смайлов и выделений - клиент не поймет :cry:
 К стати есть и несколько ошибочек :wink:
 Если стабилизация от V работает плохо, то и наш СА удержать кверху ногами весьма проблематично. Он будет вращаться вокруг продольной оси - а значит будет не зарывание , а некое спиралеобразное движение.  Эту закрутку можно усугубить формой аппарата - так что до момента сброса скорости он протянет :wink:
 Опять ж V 80 градусов можно и не делать. Крыло может быть вообще без v. А его роль будет играть дополнительная вертикальная поверхность - как на планре старикашки Ленгли.  
 То есть - по теории возможно , а дальнейшее счастье в руках инженеров :wink:

[avmich]

Авмич, скажите Бога ради, что Вы имеете ввиду под "отсутствием гравитации"? Насколько я помню Закон Всемирного Тяготения, гравитация исчезнуть не может (ну, разве что масса тела внезапно обнулится) :shock:

Я пытаюсь упростить задачу, оставив существенные, на мой взгляд, вещи.

hcube, давайте такое упрощение рассмотрим. Гравитационное поле у нас не центральное, а параллельное - то есть, два кирпича, разнесённые на (мега)метр, падают строго параллельно.

Предлагается рассмотреть два варианта. 1) полёт волана с ЦМ, находящимся на оси, считая, что гравитации нет (пренебрежимо мала, выключена, и т.п. - Дмитрий, прошу не пугаться, это gedankenexperiment). 2) тот же полёт волана, но ЦМ смещён от оси. Гравитации также нет.

Затем предлагается рассмотреть ещё два вариата - тех же самых, но гравитация (параллельное поле) включено.

Когда будут наблюдаться различия?

[serb]

Ну вот картинка, объясняющая разницу между неуправляемым планером и неуправляемым воланом в плоском гравитационном поле



Все дело в относительном расположении прямой "центр масс-центр давления" относительно вертикали. Если эта прямая приближена к вертикали - то планер (или тот же волан) может вертеться вокруг нее как его душе угодно. Что регулярно и происходит, желающие могут произвести эксперимент с бумажным самолетиком.

Если же прямая близка к горизонтали, то при повороте вокруг нее вектор подъемной силы может стать сонаправленным вектору силы тяжести, в результате чего происходит зарывание в атмосферу вместо скольжения

[Игорь Суслов]

...Дмитрий, прошу не пугаться, это gedankenexperiment...

что-то здесь неправильно. мысленный эксперимент будет "gedankliches Experiment". задуманный - gedanktes

[hcube]

В случае паралельного поля, да, стабилизация будет. А вот в случае центрального - фиг, пока скорость не упадет существенно ниже орбитальной.

Если стабилизация от V работает плохо, то и наш СА удержать кверху ногами весьма проблематично.

Она будет работать не плохо, а не туда ;-).

[WkWk]

Она будет работать не плохо, а не туда ;-).

:?:

[avmich]

...Дмитрий, прошу не пугаться, это gedankenexperiment...

что-то здесь неправильно. мысленный эксперимент будет "gedankliches Experiment". задуманный - gedanktes

Безусловно, это оффтоп :) , поэтому на эту "подтему" в этой теме это моё последнее замечание:

http://en.wikipedia.org/wiki/Gedanken_experiment

Witt-Hansen established that Hans Christian

[avmich]

В случае паралельного поля, да, стабилизация будет. А вот в случае центрального - фиг, пока скорость не упадет существенно ниже орбитальной.

Совсем непонятно. Почему в параллельном поле-то будет? А в других нецентральных полях? В реальности у Земли, конечно, нецентральное поле.

[serb]

В случае паралельного поля, да, стабилизация будет. А вот в случае центрального - фиг, пока скорость не упадет существенно ниже орбитальной.

Совсем непонятно. Почему в параллельном поле-то будет? А в других нецентральных полях? В реальности у Земли, конечно, нецентральное поле.

В параллельном поле тоже не будет, все в порядке :-) Для характерных размеров СА гравитационное поле Земли поле параллельно с огромной точностью :-)

[Reader]

Как правило при движении КА в атмосфере решаем 7 уравнений движения ц.м. и 12 - движения вокруг ц.м.

[Dims]

Если сбросить два одинаковых шара, соединённые тросом, то мне кажется, что трос будет направлен точно по ускорению и неколлинеарен скорости. То есть, будет чувствовать и сопротивление воздуха и гравитацию. Если сюда добавить ещё и хвост от воздушного змея (он очень лёгкий и будет чувствовать только скорость), то по углу между хвостом и тросом можно будет судить, где низ.

Таким образом, в принципе, тело сложной формы, у которого и масса распределена нетривиальна и аэродинамика нетривиальная, в какой-то момент вполне может сориентироваться относительно горизонта нужным образом.

[hcube]

Совсем непонятно. Почему в параллельном поле-то будет? А в других нецентральных полях? В реальности у Земли, конечно, нецентральное поле.

Потому что антигравитацию пока не изобрели. В паралельном поле летящий с ЛЮБОЙ скоростью обьект падает на гравитирующую плоскость. А в случае с центром притяжения при орбитальной скорости обьект никуда не падает (я потому старика Энштейна и равенство гравитационной и инерциальной масс и упомянул). Стабилизация же всяких планеров по вертикали есть прямое следствие их падения в атмосфере. Нет падения - нет стабилизации. Более того, если планер идет со сверхорбитальной скоростью (скажем, войдя в атмосферу с эллиптической орбиты), для него устойчивым в горизонтальном полете будет положение 'кверху ногами'.

[blik]

В случае паралельного поля, да, стабилизация будет. А вот в случае центрального - фиг, пока скорость не упадет существенно ниже орбитальной.

Совсем непонятно. Почему в параллельном поле-то будет? А в других нецентральных полях? В реальности у Земли, конечно, нецентральное поле.

Разница случаев параллельного поля  и центрального, в том, что при движении вокруг центра появляется центробежная сила. При скорости = орбитальной эта сила полностью компенсирует силу гравитации (в системе отсчета связанной с телом). В плоском случае центробежной силы не возникает. Нецентральностью поля земли, конечно, можно пренебречь.

[Ворон]

Ну вот картинка, объясняющая разницу между неуправляемым планером и неуправляемым воланом в плоском гравитационном поле



Все дело в относительном расположении прямой "центр масс-центр давления" относительно вертикали. Если эта прямая приближена к вертикали - то планер (или тот же волан) может вертеться вокруг нее как его душе угодно. Что регулярно и происходит, желающие могут произвести эксперимент с бумажным самолетиком.

Если же прямая близка к горизонтали, то при повороте вокруг нее вектор подъемной силы может стать сонаправленным вектору силы тяжести, в результате чего происходит зарывание в атмосферу вместо скольжения

 Совершенно верно.  

 Если "креном" называть одинаково и для планера и для СА поворот относительно оси проходящей через ЦМ и ЦД при полёте с каким-либо балансировочным углом атаки, то всё выглядит очень просто.

 Как-либо стабилизировать аппарат относительно этого движения с помощью силы тяжести технически невозможно.

[Ворон]

У любого аппарата летящего в атмосфере есть ЦД. Если положение ЦД отличается от положения ЦМ (а оно отличается, причем плавает в зависимости от положения аппарата относительно потока), то аппарат стабилизируется так, чтобы ЦД находился над ЦМ (это важно!) по текущему вектору ускорения аппарата. Каковой вектор обусловлен аэродинамикой. Которая зависит от вектора скорости, которая изменяется набором сил, действующих на аппарат.

 Потрясающе оригинальная терминология - "ЦД находился над ЦМ (это важно!) по текущему вектору ускорения аппарата".
 Я такой комбинации "над по вектору ускорения" не слыхал ещё.
 

Таким образом, в установившемся полете у планера ЦД находится ТОЧНО НАД ЦМ, и никак иначе - полет установившийся, подьемная сила равна по вектору и противоположна по направлению силе тяжется.

 Вай!  :shock: А что, лобового сопротивления нету ВООБЩЕ?  :shock:

 Классный аппарат, куплю, где есть такой?  :wink:  

Таким образом, у планера работает стабилизация по двум осям - крена и тангажа. По оси рысканья планер находится в безразличном равновесии, демпфированном рулем направления.

  Это смотря что называть "креном и тангажом".  :wink:
  Шаттл, например, при сходе с орбиты безусловно стабилизируется по "крену" - если "креном" называть поворот вокруг его наиболее длинной оси, проходящей от носа к хвосту.
 Только при сходе с орбиты он летит брюхом вперёд и креном логично считать поворот относительно оси соединяющей ЦМ и ЦД на данном балансировочном угле атаки.

[Ворон]

Но это эффект второго порядка малости по сравнению с лобовым сопротивлением. Грубо говоря, при скорости 20М подьемная сила может составлять не более 20% от MG - а сила лобового сопротивления может доходить до 2-3MG, т.е. превышать подьемную силу в 10 и более раз.

 Однако.  :shock:

 "Пришли ходоки к Ленину, стоят в коридоре, ждут, голодные страшно. Мимо идёт Дзержинский с большим караваем под мышкой.

 Ходоки. - "Мил человек дай краюшечку хлебца!"
 Дзержинский. - "А идите вы на ..Й!!!!"

 Дождались ходоки приёма у Ленина и жалуются.

 Ходоки. - "Владимир Ильич, тут мы в коридоре стояли, мимо шел Дзержинский с караваем, мы хлебца попросили, а он нас на ..Й послал!"
 Ленин. - "КАК? ТОЛЬКО НА ..Й ПОСЛАЛ? ОН И 3,14ЗДЫ ДАТЬ МОГ!!!!
 ДОБРЕЙШЕЙ ДУШИ ЧЕЛОВЕК!!!!"

 hcube - "может доходить до 2-3MG"?  :wink:
 А если, например, это тело типа "пустой топливный бак"?  :wink:

 (Про подъёмную силу я для простоты вообще не говорю, но тоже непонятно, почему она только 20% от массы независимо от формы тела, его плотности и т. п.)

[Ворон]

Если сбросить два одинаковых шара, соединённые тросом, то мне кажется, что трос будет направлен точно по ускорению и неколлинеарен скорости. То есть, будет чувствовать и сопротивление воздуха и гравитацию. Если сюда добавить ещё и хвост от воздушного змея (он очень лёгкий и будет чувствовать только скорость), то по углу между хвостом и тросом можно будет судить, где низ.

Таким образом, в принципе, тело сложной формы, у которого и масса распределена нетривиальна и аэродинамика нетривиальная, в какой-то момент вполне может сориентироваться относительно горизонта нужным образом.

 В школьной физике такой опыт описан - берут две книги, между ними кладут лист бумаги.
 Потом кидают и лист вылетает - книги не давят друг на друга в свободном падении.

[hcube]

Подьемная сила и сила лобового сопротивлнения - это два компонента одной и той же силы. ЦД, во всяком случае, AFAIK считается с учетом обоих. Если еще точнее - то трех - еще есть боковое сопротивление.
И в этом случае в установившемся полете по прямой ЦД находится ТОЧНО НАД ЦМ. Если полет установившийся, но НЕ по прямой - тогда ЦД находится опять же над ЦМ, но ЦМ расчитывается исходя из ускорения по траектории плюс сила тяжести.

[Ворон]

Подьемная сила и сила лобового сопротивлнения - это два компонента одной и той же силы. ЦД, во всяком случае, AFAIK считается с учетом обоих. Если еще точнее - то трех - еще есть боковое сопротивление.
И в этом случае в установившемся полете по прямой ЦД находится ТОЧНО НАД ЦМ. Если полет установившийся, но НЕ по прямой - тогда ЦД находится опять же над ЦМ, но ЦМ расчитывается исходя из ускорения по траектории плюс сила тяжести.

 hcube вы или рассматриваете случай когда летательный аппарат снижается - тогда силу лобового сопротивления компенсирует составляющая силы тяжести. В этом случае действительно ЦД находится над ЦМ.
 Назвать такой полёт "установившимся", разумеется, можно.  :wink: До того момента как аппарат в землю врежется или исчезнет восходящий поток воздуха, который ему это не даёт сделать.  

 В других случаях установившегося полёта у летательного аппарата есть тяга для компенсации лобового сопротивления.  :wink:  

 hcube как это - "ЦМ расчитывается исходя из ускорения по траектории плюс сила тяжести"?  :shock:
 А я-то всегда думал, что ЦМ зависит от формы тела и распределения массы по объёму тела...  :roll:

[hcube]