Как я сунулся со свиным рылом в калашный ряд

[Бродяга]

До 6.5 - ну, высота несколько уменьшится. До грубо говоря 70 км. Потом до 65. Потом до 60 - по мере падения скорости. Суть в том, что тепловой поток при таком подходе будет в принципе минимально возможным для данного способа торможения. А траекторию выдерживать (чтобы не потерять скорость сразу сильно и 'зарыться' в атмосферу) можно, манипулируя углом атаки в пределах от 15 до 30 градусов.

Собственно, чего я такой интерес к теме проявляю - такое торможение можеть быть ОЧЕНЬ полезно для систем с несущим корпусом на базе топливного бака и с полной многоразовостью.

Во балбес, прошу прощения.

 А сейчас шаттл ЗЛОУМЫШЛЕННИКИ сажают специально так, чтобы нагрузка на МНОГОРАЗОВУЮ теплозащиту была побольше?

 Да, общий тепловой поток будет ниже, да что толку-то?
 А температура на кромках крыла будет ВЫШЕ, чем при том режиме торможения, который есть сейчас.
 Существующая теплозащита может таких температур вообще не выдержать.

 Сейчас Шаттл садится в том самом "режиме минимальных нагрузок", который вы так хотите, hcube, только это не тот режим, который вам кажется оптимальным.

[Бродяга]

Суть в том, что тепловой поток при таком подходе будет в принципе минимально возможным...

Суть в том, что плотность атмосферы растет нелинейно (очень не линейно, логарифмически ЕМНИП). Из этого следует, что после того, как скорость упадет, корабль начнет проваливаться вниз по намного более крутой траектории и сгорит в более плотных слоях атмосферы. Там перегрузка будет совсем не 1.5 G и даже не 5. И соответствующие мощности теплового потока.

Совершенно верно.
 Есть оптимальный тормозной импульс, при котором достигается наименее крутой вход в атмосферу.

 При тормозном импульсе меньше корабль на больших высотах получает "дополнительный тормозной импульс", за счёт слабого торможения в неплотной атмосфере.

 Только он не "сгорит", а "развалится" в случае Шаттла.

 ЗЫ. Плотность атмосферы растёт ОЧЕНЬ НЕЛИНЕЙНО — по экспоненте.

[kulch]

Да, общий тепловой поток будет ниже, да что толку-то?
 А температура на кромках крыла будет ВЫШЕ, чем при том режиме торможения, который есть сейчас.

Нет, не будет. С чего бы это? Поток тепла - ниже, максимальная температура - тоже ниже. Кроме прихода еще и отвод есть, не забывайте. Чудеса начнутся, когда корабль вниз провалится...

[kulch]

При тормозном импульсе меньше корабль на больших высотах получает "дополнительный тормозной импульс", за счёт слабого торможения в неплотной атмосфере.

Очень верно замечено. После такого торможения, которое все равно не может быть достаточным корабль оказывается на большой высоте с почти орбитальной скоростью. Крылья не держат, и он падает вниз, считай почти отвесно (сами посмотрите, какая будет форма эллипса, когда перигей глубоко под землей). Тут-то на высоте порядка 50 км ему и кирдык.

[Бродяга]

Да, общий тепловой поток будет ниже, да что толку-то?
 А температура на кромках крыла будет ВЫШЕ, чем при том режиме торможения, который есть сейчас.

Нет, не будет. С чего бы это? Поток тепла - ниже, максимальная температура - тоже ниже. Кроме прихода еще и отвод есть, не забывайте.

"Твоюж мать!" (Южный Парк.)

 Этот "тепловой поток" - КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛА, ВЫДЕЛЯЮЩЕЕСЯ В ПЛАЗМЕ!
 Температура плазмы зависит от скорости торможения корабля, а нагрев самого корабля от свойств поверхности корабля и особенностей обтекания его плазмой.
 При малом угле атаки плазма прижимается ближе к кромкам крыльев и сильнее их нагревает.
 Более того, плазма при малых углах атаки начнёт нагревать и верх крыла, который при больших углах атаки находится в тени и покрыт слабой теплозащитой.

 Как вы думаете, почему Шаттл не сделали с качеством ещё выше?
 Да потому, что для качества выше нужна была ещё более мощная теплозащита.

[Бродяга]

При тормозном импульсе меньше корабль на больших высотах получает "дополнительный тормозной импульс", за счёт слабого торможения в неплотной атмосфере.

Очень верно замечено. После такого торможения, которое все равно не может быть достаточным корабль оказывается на большой высоте с почти орбитальной скоростью. Крылья не держат, и он падает вниз, считай почти отвесно (сами посмотрите, какая будет форма эллипса, когда перигей глубоко под землей). Тут-то на высоте порядка 50 км ему и кирдык.

Ну, смотря что это такое, если это "Союз" ему совсем не "кирдык" даже в таком режиме, но "ничего хорошего".

 Вообще этот ответ тоже не однозначен, если тормозит тело с очень малой нагрузкой на единицу площади, оно может на большой высоте затормозить так, что ниже никаких "ужасов" не будет.
 Я не берусь взять на себя полную ответственность за данное утверждение, но, по крайней мере, баки разгонных блоков долетают до земли.

[Бродяга]

Маленькая иллюстрация к тому, что "тепла для разрушения конструкции при малых тепловых потоках хватит".

 Условно, шаттл имеет массу 100 тонн, ускорение торможения 0,1*g, скорость 7 км/с, площадь теплозащиты днища 400 м**2.
 При этом общая мощность аэродинамической силы 700 МВт, соответственно 1,75 МВт/м**2.

 Совершенно ясно, что если значительная часть этих 1,75 мегаватта на квадратный метр начнёт передаваться конструкции, она разрушится.

[kulch]

"Твоюж мать!" (Южный Парк.)

 Этот "тепловой поток" - КОЛИЧЕСТВО ТЕПЛА, ВЫДЕЛЯЮЩЕЕСЯ В ПЛАЗМЕ!

Ну да. Согласен.

Более того, плазма при малых углах атаки начнёт нагревать и верх крыла, который при больших углах атаки находится в тени и покрыт слабой теплозащитой.

Это-то я понимаю. Давайте для простоты считать, что теплозащита везде одинакова.

Как вы думаете, почему Шаттл не сделали с качеством ещё выше?
 Да потому, что для качества выше нужна была ещё более мощная теплозащита.

В самом деле? То есть если я захочу сделать самолетик больше размером, с большими крыльями, с меньшим баллистическим коэффициентом... То упрусь в повышение температуры при торможении? Как-то не верится...

Температура плазмы зависит от скорости торможения корабля, а нагрев самого корабля от свойств поверхности корабля и особенностей обтекания его плазмой.
 При малом угле атаки плазма прижимается ближе к кромкам крыльев и сильнее их нагревает.

Вроде как все правильно... Только вот, давайте я порассуждаю на бытовом уровне.

Вот летит шаттл... На маленьком угле атаки он тормозится слабее, чем на большом, так? То есть теряет кинетическую энергии медленнее, так? Плазма перед ним - это его бывшая кинетическая энергия, перешедшая в тепло, так? Количество теплоты в этой плазме тем больше, чем выше скорость потери кинетической энергии, так? То есть при бОльшем угле атаки теплоты в плазме будет больше, а при меньшем - меньше, так? И температура ее тоже будет соответственно больше или меньше, так? Да, при малом угле атаки плазма будет прижиматься к корпусу сильнее. Но ее температура должна быть ниже.
Нет?

[kulch]

Ну, смотря что это такое, если это "Союз" ему совсем не "кирдык" даже в таком режиме, но "ничего хорошего".

 Вообще этот ответ тоже не однозначен, если тормозит тело с очень малой нагрузкой на единицу площади, оно может на большой высоте затормозить так, что ниже никаких "ужасов" не будет.
 Я не берусь взять на себя полную ответственность за данное утверждение, но, по крайней мере, баки разгонных блоков долетают до земли.

Все верно. Есть так называемый баллистический коэффициент (связывает массу площадью миделя, указывает на способность тела тормозиться о воздух, самый яркий пример - металлический шарик в сравнении с птичьим пером). У пустых ступеней этот коэффициент меньше. Да и кинетическая энергия пустой ступени меньше. вот и не сгорает. Просто разрушается из-за нерасчетности нагрузок.

[Бродяга]

Более того, плазма при малых углах атаки начнёт нагревать и верх крыла, который при больших углах атаки находится в тени и покрыт слабой теплозащитой.

Это-то я понимаю. Давайте для простоты считать, что теплозащита везде одинакова.

Да, но если считать, что теплозащита везде одинакова это будет не Шаттл.
 И зачем нужна мощная массивная теплозащита везде, если можно лететь так, что теневая часть корабля не нагревается?

Как вы думаете, почему Шаттл не сделали с качеством ещё выше?
 Да потому, что для качества выше нужна была ещё более мощная теплозащита.

В самом деле? То есть если я захочу сделать самолетик больше размером, с большими крыльями, с меньшим баллистическим коэффициентом... То упрусь в повышение температуры при торможении? Как-то не верится...

Так собственно все и упёрлись.
 Шаттл это своего рода компромисс между качеством и массой теплозащиты.
 Разумеется, можно применить титановую силовую конструкцию космического корабля, конструкцию из жаропрочной стали, но уже другая технология, с использованием более совершенных конструкционных материалов.

Температура плазмы зависит от скорости торможения корабля, а нагрев самого корабля от свойств поверхности корабля и особенностей обтекания его плазмой.
 При малом угле атаки плазма прижимается ближе к кромкам крыльев и сильнее их нагревает.

Вроде как все правильно... Только вот, давайте я порассуждаю на бытовом уровне.

Вот летит шаттл... На маленьком угле атаки он тормозится слабее, чем на большом, так? То есть теряет кинетическую энергии медленнее, так? Плазма перед ним - это его бывшая кинетическая энергия, перешедшая в тепло, так? Количество теплоты в этой плазме тем больше, чем выше скорость потери кинетической энергии, так? То есть при бОльшем угле атаки теплоты в плазме будет больше, а при меньшем - меньше, так? И температура ее тоже будет соответственно больше или меньше, так? Да, при малом угле атаки плазма будет прижиматься к корпусу сильнее. Но ее температура должна быть ниже.
Нет?

Нет, температура плазмы определяется только скоростью набегающего потока, в начале торможения она всегда выше и ОНА ГОРАЗДО ВЫШЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОЗАЩИТЫ.
 Я думаю, что не ошибусь, если скажу, что раз в 10 выше, можно оценить по формуле молекулярно-кинетической теории, но сейчас времени нет, к сожалению.

 Тепловой поток это не "температура плазмы", а "толщина плазмы", выше я сравнивал с кучей угля, больше или меньше, но "вполне достаточной" для разрушения конструкции.
 У поверхности находится пограничный слой, в котором температура гораздо ниже.
 Почему? — Точно я вам не отвечу, я не такой знаток газовой динамики.

[kulch]

Я в курсе, что температура плазмы значительно выше, чем температура в пристеночном слое.
А вот дальше ничего не понял. Плазма в ударной волне непрозрачна, нагрев конструкции идет в основном через излучение сквозь прозрачный пристеночный слой, логично думать, что тепловой поток (количество энергии в единицу времени через единицу площади) растет с ростом температурой плазмы. Нет?
При чем тут ее толщина?

[Бродяга]

Я в курсе, что температура плазмы значительно выше, чем температура в пристеночном слое.
А вот дальше ничего не понял. Плазма в ударной волне непрозрачна, нагрев конструкции идет в основном через излучение сквозь прозрачный пристеночный слой, логично думать, что тепловой поток (количество энергии в единицу времени через единицу площади) растет с ростом температурой плазмы. Нет?
При чем тут ее толщина?

Правильно, излучение тем больше, чем больше температура, но температура максимальна в самом начале торможения.
 Я не берусь объявлять себя экспертом в этом вопросе, но моё мнение таково, что плазма достигает определённой плотности, и далее нагрев тормозящегося аппарата практически не меняется, только несколько падает с падением температуры плазмы, когда начинает существенно падать скорость.

 Толщина тут вот при чём, чем больше перегрузка и, соответственно, мощнее набегающий поток, тем массивнее должен быть слой плазмы в ударной волне.
 Но, как вы справедливо заметили, он не прозрачен, и наружный слой плазмы ничего не добавляет к нагреву аппарата.
 Грубо говоря, новые частицы набегающего потока тормозятся об внешний слой этой плазмы и просто создают дополнительный внешний слой.
 Разумеется, какой-то рост теплопередачи в зависимости от тепловой мощности выделяющейся в плазме может быть, но сильно сомневаюсь, что это прямая зависимость, а может быть и вообще обратная, например, становится более толстым пограничный слой и теплопередача даже уменьшается.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Смысл в том, что температура, плотность, теплопередача и прочее, как там его (ее, ея, еи) не называй таковы, что конструкция без теплозащиты  не выдерживает. И длится период, в который конструкция это все не держит, не доли секунды и не секунды, а многие минуты. Теперь вспомним, как плавятся алюминиевые сплавы, особенно если это не сляб, а достаточно тонкостенная конструкция. А уж как он себя поведет, если на него направить струю от автогена и вспоминать не хочется.
Тут спрашивали, куда деваться струе. Я не думаю, что крыло герметично, т.ч. деваться ей есть куда и она могла быть именно струей. Разрушение произошло на достаточно большой скорости, 18М ((с)Бродяга). На сколько я помню, на такой скорости ни один самолет не летает. Титановые корпуса не держат. Т.е. на этой высоте и на этой скорости создались условия для разрушения. Хватило и температуры и плотности среды. Далее плотность среды должна была возрастать, а температура еще долго оставаться высокой. Что то мне подсказывает, что времени, необходимого для сброса скорости хотя бы до 5М гарантированно хватило бы, что бы дожечь крыло при любых условиях полета.

[Игорь Суслов]

Ну, а что там с s-образными маневрами с перегрузкой в 1,7 же? К чему вопрос то был задан?

[hcube]

Впрос был задан вот к чему - в отличии от мнения Бродяги, выделение тепла при торможении пропорционально ПОДЬЕМНОЙ СИЛЕ. Не ее вертикальной проекции, а всей силе в целом. При нулевом крене сила равная весу аппарата реализуется при меньшей плотности воздуха, т.е. меньшем скоростном напоре и меньшем нагреве - из-за меньшей плотности среды. Плюс к этому, само усилие на конструкции крыла также ниже. Плюс к этому, из-за больше длительности нагрева, тепло лучше 'растекается' из конкретной области в основании крыла по ВСЕЙ конструкции планера. Поскольку обьем тепла фиксирован, это означает, что нагрев в конкретной точке будет существенно ниже. В сочетании с меньшей нагрузкой на конструкцию это дает разницу между сгоревшим и несгоревшим шаттлом.

Но собственно, что я это все повторяю? У Бродяги специальная физика, в ней этим эффектам места нету.

[Игорь Суслов]

При нулевом крене подъемная сила будет существенно выше веса аппарата, что нам не нужно, если мы хотим все таки погружаться в атмосферу и, в конечном счете, выйти из плазмы на приемлемой высоте с приемлемыми скоростями. Уменьшить подъемную силу (при фиксированном, а именно нулевом крене) возможно лишь снижением угла атаки, но шаттл сконструирован таким образом (а именно - размещение ТЗП), что при отличии угла атаки от оптимального, мы поимеем существеный нагрев не предназначенных для этого участков ТЗП.
Таким образом, шаттл вынужден лететь в плазме под углом атаки в 34 градуса, и чтобы снизить подъемную силу, а вернее сделать ее прекцию на вертикаль равной или чуть меньшей весу, шаттл вынужден совершать маневры по крену. Естественно, помимо этого, решается проблема бокового маневра и расширяется диапазон витков, с которых можно сесть на заданную ВПП.
Таким образом, возвращаясь к случаю с колумбией, изменить принципиально схему ее маневрирования не удалось бы, даже если бы заранее было известно, что в крыле прогар.
Относительно мысли о том, что можно было снизить тепловую нагрузку на конкретное (поврежденное) крыло - тут я просто умываю руки - ничего определнного сказать не могу. Но, имхо, вряд ли...

[ДмитрийК]

выделение тепла при торможении пропорционально ПОДЬЕМНОЙ СИЛЕ. Не ее вертикальной проекции, а всей силе в целом.

Опять вынужден не согласиться.

Подьемная сила работу не совершает. Работу совершает сила сопротивления.
Аэродинамическое сопротивление складывеется из 2-х компонентов: наведенное и паразитное (induced drag and parasitic drag). Наведенное сопротивление это плата за подьемную силу, оно пропорционально подьемной силе и углу атаки. Подьемная сила пропорциональна углу атаки и квадрату скорости. При увеличении скорости (и постоянной подьемной силе) угол атаки и соответственно наведенное сопротивление _уменьшается_.

Паразитное сопротивление складывается из лобового сопротивления (form drag), поверхностного трения (skin friction) и интерференции (взаимодействия обтекания вокруг торчащих частей, напр. крыльев и фюзеляжа, мотогондол и пр.) (interference drag).  Паразитное сопротивление растет пропорционально квадрату скорости и практически не зависит от угла атаки. На сверхзвуковых скоростях появляется еще волновое сопротивление (wave drag).

Полное сопротивление с ростом скорости сначала падает, потом резко растет. Минимум полного сопротивления определяет наилучшую скорость и угол атаки планирования. При полете на больших скоростях паразитное сопротивление доминирует.



PS: Извиняюсь за возможно неточный перевод английских терминов, по русски я это проходил давно и вообще мне тогда все было до лампочки поэтому помню очень смутно
[/size]

[Бродяга]

Впрос был задан вот к чему - в отличии от мнения Бродяги, выделение тепла при торможении пропорционально ПОДЬЕМНОЙ СИЛЕ. Не ее вертикальной проекции, а всей силе в целом.

Чему, простите, пропорционально выделение тепла?
 Мощность, создаваемая аэродинамической силой, пропорциональна произведению скоростного напора и скорости движения тормозящегося аппарата.

При нулевом крене сила равная весу аппарата реализуется при меньшей плотности воздуха, т.е. меньшем скоростном напоре и меньшем нагреве - из-за меньшей плотности среды. Плюс к этому, само усилие на конструкции крыла также ниже.

А зачем Шаттлу тормозить с подъёмной силой равной весу аппарата?
 Знаете зачем подъёмная сила поворачивается вбок?
 Для УПРАВЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТЬЮ, в случае недолёта её можно увеличить.

Плюс к этому, из-за больше длительности нагрева, тепло лучше 'растекается' из конкретной области в основании крыла по ВСЕЙ конструкции планера.

Да, достигается именно то, чего нам меньше всего надо.

Поскольку обьем тепла фиксирован, это означает, что нагрев в конкретной точке будет существенно ниже. В сочетании с меньшей нагрузкой на конструкцию это дает разницу между сгоревшим и несгоревшим шаттлом.

Вот. В голове абазника не укладывается, что "обьем тепла фиксирован" не об этом случае.
 В случае торможения при сходе с орбиты потенциально тепла "сколько угодно".

Но собственно, что я это все повторяю? У Бродяги специальная физика, в ней этим эффектам места нету.

Да уж, не та физика, что водится в головах маститых абазников.

[Бродяга]

При нулевом крене подъемная сила будет существенно выше веса аппарата, что нам не нужно, если мы хотим все таки погружаться в атмосферу и, в конечном счете, выйти из плазмы на приемлемой высоте с приемлемыми скоростями.
 ...

Шаттлу вообще не нужна подъёмная сила равная весу аппарата до момента полёта на дозвуковой скорости.
 Когда шаттл тормозит, он "не самолёт".

[Игорь Суслов]

При нулевом крене подъемная сила будет существенно выше веса аппарата, что нам не нужно, если мы хотим все таки погружаться в атмосферу и, в конечном счете, выйти из плазмы на приемлемой высоте с приемлемыми скоростями.
 ...

Шаттлу вообще не нужна подъёмная сила равная весу аппарата до момента полёта на дозвуковой скорости.
 Когда шаттл тормозит, он "не самолёт".

Ну, блин...
Я: 2+2=4!
Ты: Нет! 2+2=ЧЕТЫРЕ!!!