최대 q

Max q
기타 용도는 Max q(동음이의)를 참조하십시오.

최대 q 조건은 항공우주 차량의 대기 비행이 최대 동적 압력에 도달하는 지점이다.이는 차량의 공기역학적 구조 하중이 동적 압력에 비례하기 때문에 그러한 차량의 설계에 있어 중요한 요인이다.이것은 차량의 비행 외피에 제한을 가할 수 있다.

동적 압력

동적 압력, q는 수학적으로 다음과 같이 정의된다.

여기서 ρ은 국부 공기 밀도, v는 차량 속도, 동적 압력은 차량에 대한 공기의 운동 에너지 밀도로 생각할 수 있다.이 양은 드래그 방정식에서 두드러지게 나타난다.

해수면에서 90km/h(25m/s)로 주행하는 자동차의 경우(공기밀도가 약 1.225kg/m^3인 곳), 자동차 전면의 동적 압력은 383Pa로 정압(해발 101325Pa)의 약 0.38%이다.

10km 고도(공기밀도가 약 0.4135kg/m^3)에서 828km/h(230m/s)로 순항하는 항공기의 경우, 비행기 전면의 동적 압력은 정압(10km에서 26,500Pa)의 약 41%인 10937Pa이다.

로켓 발사에서의 맥스 q

지상에서 우주로 로켓을 발사하는 경우 동적 압력은 다음과 같다.

  • 리프트 오프 시 0, 공기 밀도 ρ은 높지만 차량 속도 v = 0일 때
  • 0 외부, 속도 v는 높지만 공기 밀도 ρ = 0인 대기권
  • 관련 수량으로 볼 때 항상 음이 아닌

발사 중에는 로켓 속도가 빨라지지만 로켓이 올라갈수록 공기 밀도는 낮아진다.따라서 (롤의 정리) 동적 압력이 최대인 지점이 있다.

즉, max q에 도달하기 전에 비행선에 작용하는 순 동적 압력(운동 에너지 반대)이 계속 증가하도록 공기 밀도 저하에 따른 동적 압력 감소보다 속도가 증가하여 동적 압력 증가가 더 크다.max q를 지나면 정반대다.비행선에 작용하는 순 동적 압력은 공기 밀도가 증가 속도보다 고도에 따라 감소함에 따라 감소하며, 결국 공기 밀도가 0이 되면 0에 도달한다.

이 값은 차체 로켓이 짊어져야 하는 구조적 하중을 결정하는 제약조건 중 하나이기 때문에 의미가 크다.많은 로켓의 경우, 전속력으로 발사된다면 공기역학적 힘은 그들이 견딜 수 있는 것보다 더 높을 것이다.이러한 이유로 최대 q에 접근하기 전에 스로틀을 낮추고 그 후에 백업하므로 속도를 줄이고 따라서 비행 중에 부딪히는 최대 동적 압력이 감소한다.

로켓 발사 예시

예를 들어, 정상적인 우주왕복선 발사 중 최대 q 값은 발사 약 1분 후 약 11 km(36,000 ft)의 고도에서 0.32 대기에서 발생했다.[2]로 동적 압력 q정도이다;[3]의 고체 로켓 부스터의 정도 들 것 한 소모량의 50초 후에, 차량 위에다 총 스트레스 kep다 세번째로 q에 추력으로 축소돼 추진제 화약 디자인과 결합되면서 접근 3개의 우주 왕복선 주 엔진의 정격 추력(페이 로드에 따라)의 약 65–72%로 증가 추세를 보였다.t안전한 수준으로

전형적인 아폴로 임무 동안, 최대 q (또한 0.3기를 조금 넘는 대기)는 고도 13 킬로미터에서 14 킬로미터(43,000–46,000피트) 사이에 발생했으며,[4][5] 스페이스X Falcon 9에서도 거의 동일한 값이 발생한다.[6]

max q의 지점은 기체가 최대의 기계적 응력을 받는 지점이기 때문에 로켓 발사 중 핵심 이정표다.

참고 항목

참조

  1. ^ "U.S. Standard Atmosphere". Archived from the original on 2021-12-22. Retrieved 2021-04-24.
  2. ^ Jackson, Douglas T. (2001-05-06). "Space Shuttle Max-Q". Aerodynamics Questions. AerospaceWeb.org. Archived from the original on 2021-11-22. Retrieved 2007-02-12.
  3. ^ Heiney, Anna (2007-08-08). "Launch Blog". NASA. Archived from the original on 2021-11-18. Retrieved 2011-05-22.
  4. ^ Woods, David; O'Brien, Frank (2005-08-21). "Apollo 8, Day 1: Launch and Ascent to Earth Orbit". Apollo Flight Journal. NASA. Archived from the original on 2013-07-02. Retrieved 2007-02-14.
  5. ^ Brandt, Tim; Woods, David (2004-10-29). "Apollo 16, Day One Part One: Launch and Reaching Earth Orbit". Apollo Flight Journal. NASA. Archived from the original on 2013-07-02. Retrieved 2007-02-14.
  6. ^ "Starlink Mission (the moment Falcon 9 goes through MAX-Q at an altitude of 12.7 km)". YouTube. Archived from the original on 2021-12-19.