Wiederverwendbarkeit und Landefähigkeit der Falcon-Familie

Entscheident ist eben der sehr genaue Einschuss in die ballistische Flugbahn(wenn es so gemacht wird).Man kennt ja später das genaue Zielgebiet am Cap.
Je genauer,umso weniger Korrekturen.Im Idealfall fällt die Stufe (langsam)direkt aufs Pad.

Man wird es so machen wollen, daß die ballistische Flugkurve im Zweifelsfall eher etwas kurz ist. Denn nicht weit dahinter sind bebaute Gebiete, die man wirklich nicht treffen will. Der Zuständig für die Rangesicherheit hat wahrscheinlich immer noch den Daumen auf dem roten Knopf. Ideal wäre es aus Sicht der Sicherheit, wenn man ballistisch und/oder bei der Landebremsung noch ein oder zwei km rausholen könnte und würde.

Man wird versuchen die Bahn schon im aufsteigenden Bahnabschnitt der Kurve möglicht genau zu "justieren". Das ist immer technisch leichter und die Zeit für Korrekturen ist noch da. Im Fallen wird alles immer enger und kürzer.
Was mich interessiert ist vor allem der Anfang der Aktion. Nach Trennung wird die Stufe gedreht.Ja,aber wie weit ,welcher Winkel.Wahrscheinlich zuerst 180 Grad.sie wird langsamer
und irgendwann muss ein neuer Winkel .....dann erneute Zündung........?
Also dieser Teil ist sicher der Knackpunkt.
 

Dieses Video hier ist übrigens jetzt das meistaufgerufene Video im SpaceX-Youtubekanal:

F9R First Flight Test | 250m

Das öffentliche Interesse ist ganz offensichtlich riesig.

Dieses Video hier ist übrigens jetzt das meistaufgerufene Video im SpaceX-Youtubekanal:
....
Das öffentliche Interesse ist ganz offensichtlich riesig.

Oder die Arianespace-Belegschaft lässt es in Endlosschleife laufen 

Wie schon erwähnt: vor allem der Flugtest von F9R-Dev1 sieht aus wie wahrgewordene Sci-Fi aus den 50ern 

Ich hätte lieber den Deltaflyer der Voyager

Neuer Flug von F9R 1.

http://www.wacotrib.com/blogs/joe_science/spacex-s-grasshopper-successor-flies-again/article_20161aaa-d18f-11e3-9a61-0019bb2963f4.html

Bestimmt gibt es bald ein Video. Hoffentlich auch einen richtigen Namen.

Video ist jetzt da:

F9R Flight Test | 1,000m

Es vergeht kein Tag mehr gerade ohne tolle Neuigkeiten von SpaceX!

Und in 8 Tagen ist schon wieder ein Start...

Noch zwei Informationen:
1. Das Merlin 1D kann laut @elonmusk-Twitter auf 40% drosseln.
2. Der letzte Flug war am 18. April. Also nur zwei Wochen zwischen zwei Flügen. F9R-Dev1 ist quasi die erste Falcon 9 Stufe. Die Belastungen waren nicht so hoch, wie in einem echten Flug, aber dennoch ein Hinweis, was bei Wiederverwendung der Erststufe möglich sein könnte...

Elon Musk auf Twitter.

Second flight of Falcon 9-R. 1000m, hover and land (with cows)

1000m, schweben und landen (mit Kühen).


Die neue Genehmigung muß eine höhere Obergrenze haben. Vorher durften sie nicht so hoch fliegen.

Nach der Landung kann man ziemlich gut 3 Triebwerke erkennen.

Die Landebeine müssen ja einiges aushalten. Die Hitze gerade beim Schwebeflug ist erheblich. Bei der Landung waren sie diesmal auch deutlich weniger sanft als beim erstenmal. Die Stufe hat nicht exakt senkrecht augesetzt also wurden die Beine ungleich belastet.

Und für Schwebeflug und sinken muß auch bei drosseln auf 40% immer noch etwas Ballast. Das sind ca. 250kN Schub, also mindestens 25t Gewicht. Die Stufe wiegt auch mit Beinen nicht mehr als 20t. Die Differenz ist also gar nicht mehr so groß, ist also machbar für die Beine mit dem Ballast.

F9R Flight Test | 1,000m
Im Begleittext zu dem Video vom 2ten F9R-Testflug im Youtube-Channel von SpaceX steht:
"Early flights of F9R will take off with legs fixed in the down position. However, we will soon be transitioning to liftoff with legs stowed against the side of the rocket and then extending them just before landing. "
D.h. momentan sind die Beine noch in Landekonfiguration fixiert.
Sie wollen aber bald dazu übergehen, mit an der Rakete angelegten Beinen zu starten und diese erst kurz vor der Landung auszuklappen. 

Schöne Grüße
Rücksturz

1. Das Merlin 1D kann laut @elonmusk-Twitter auf 40% drosseln.

Wenn das mit den 40% Drosseln stimmt, dann ändert das sehr viel. Bei 70%, wie es bisher angegeben wurde, hätte man das Triebwerk bei der Landung Punktgenau zünden müssen, ein Schwebeflug wäre nicht möglich gewesen. Kann man das Triebwerk aber auf 40% drosseln, so ist jetzt ein langsamer, schwebender Anflug durchaus möglich. Damit steigen die Chancen für eine weiche Landung deutlich.

Wenn das mit den 40% stimmt - alle Achtung. Dazu gehört mehr, als wenn man es auf 115% hochfahren kann.
Ich denk mal, da muß man doch schon einen gelegentlichen Flammenabriß voll mit einplanen und somit auch ein unter widrigsten Umständen funktionierendes schnelles (!) Zündsystem? Das allein muß ja schon ein irres Ding sein. Mal abgesehen von der Topologie des Triebwerks selbst, das natürlich NICHT aussetzen darf.

Wenn das mit den 40% stimmt - alle Achtung. Dazu gehört mehr, als wenn man es auf 115% hochfahren kann.
Ich denk mal, da muß man doch schon einen gelegentlichen Flammenabriß voll mit einplanen und somit auch ein unter widrigsten Umständen funktionierendes schnelles (!) Zündsystem? Das allein muß ja schon ein irres Ding sein. Mal abgesehen von der Topologie des Triebwerks selbst, das natürlich NICHT aussetzen darf.

Neuzündung ist sicher nicht im Spiel. Die Triebwerke zünden mit TEA/TEB. Aber selbst mit Flammenabriss geht das Triebwerk nicht aus. Es brennt in der Brennkammer doch weiter. Nur die Düse zerlegt vielleicht. Auf jeden Fall wäre es nicht gut für Wiederverwendbarkeit. Deshalb gehen sie das Risiko eher nicht ein. Spekulation wäre, daß die Düsengeometrie einen definierten Flammenabriss mit geänderter stabiler Strömung ermöglicht. Oder die Druckverhältnisse verursachen doch noch keinen Abriss.

Neuzündung ist sicher nicht im Spiel. Die Triebwerke zünden mit TEA/TEB.

Schon klar. Beim Start baucht man ja nur begrenzte Mengen davon und einmal.

Aber selbst mit Flammenabriss geht das Triebwerk nicht aus. Es brennt in der Brennkammer doch weiter. Nur die Düse zerlegt vielleicht.

Ja das wär der ungünstigste Fall.

Aber kann man ein vollständiges Verlöschen wirklich ausschließen? Wenn das Ding mit nur 40% durch eine Regen- oder Eiswolke donnert, kommt vlt selbst durch die enge Kammeröffnung genug "Kühlmittel" rein, daß es auslöscht. Es baut sich ja durch die hohe Restgeschwindigkeit und den großen Düsen"trichter" doch auch ein großer Druck auf.
Oder seh ich das zu besorgt?

Spekulation wäre, daß die Düsengeometrie einen definierten Flammenabriss mit geänderter stabiler Strömung ermöglicht.

Mußte dann doch bei der Landung erst veränderbar sein. Kostet ja wieder Material/Gewicht.

Aber kann man ein vollständiges Verlöschen wirklich ausschließen? Wenn das Ding mit nur 40% durch eine Regen- oder Eiswolke donnert, kommt vlt selbst durch die enge Kammeröffnung genug "Kühlmittel" rein, daß es auslöscht. Es baut sich ja durch die hohe Restgeschwindigkeit und den großen Düsen"trichter" doch auch ein großer Druck auf.
Oder seh ich das zu besorgt?

Das Triebwerk soll ausgehen? Das passiert nicht.

Das Merlin 1D Triebwerk hat einen normalen BK-Druck von ca. 100 bar. Bei 40% Schub ist er noch 40 bar. Selbst wenn es Strömungsablösung am Düsenrand geben sollte (was ich nicht glaube) und Außenluft an der Düse innen etwas eindringen kann, das Triebwerk wird niemals ausgehen bei 40 bar Brennkammerdruck! In der BK herrschen auch noch ca. 3000 Kelvin, alles Wasser verdampft instantan und wird weggeblasen.

Ein Wasserstoff/Sauerstoff Triebwerk löscht sich ja auch nicht selbst, obwohl das Verbrennungsprodukt Wasser ist.

Oki, bin überzeugt 

Ein Wasserstoff/Sauerstoff Triebwerk löscht sich ja auch nicht selbst, obwohl das Verbrennungsprodukt Wasser ist.

Witz komm raus, du bist umzingelt 

Das Merlin 1D Triebwerk hat einen normalen BK-Druck von ca. 100 bar. Bei 40% Schub ist er noch 40 bar. Selbst wenn es Strömungsablösung am Düsenrand geben sollte (was ich nicht glaube) und Außenluft an der Düse innen etwas eindringen kann, das Triebwerk wird niemals ausgehen bei 40 bar Brennkammerdruck! In der BK herrschen auch noch ca. 3000 Kelvin, alles Wasser verdampft instantan und wird weggeblasen.

Achtung, nur in Foren angelesenes Wissen!

Doch, Strömungsablösung ist relativ leicht möglich, wenn das Triebwerk gedrosselt wird. Ein Triebwerk hat dann seine maximale Leistung, wenn der Druck an der Austrittsstelle der Düse gleich dem Umgebungsdruck ist. Das ist auch gar nicht so schwer zu erreichen. Wenn z.B. der Brennkammerdruck 100 bar ist, der Austrittsquerschnitt aus der Brennkammer 5cm und die Düse am Ende 50cm Durchmesser hat, ist der Austrittsdruck 1/100, also ein bar Druck.

Also kann man ein Triebwerk beim Aufstieg recht gut drosseln, wenn der Treibstoff weniger wird und die Beschleunigung ein bestimmtes Maximum nicht überschreiten soll. Der Luftdruck ist dann ja viel geringer und es gibt keine Strömungsablösung. Es gibt aber ein Problem, wenn man für die Landung in Bodennähe drosseln muß. Das gleiche Triebwerk hat dann sofort Strömungsablösung.

Wie man das bei Merlin löst, keine Ahnung.

Übrigens ist die letzte Äußerung von Elon Musk nicht eindeutig. Er sprach von 40%, es ist aber nicht klar, ob 40% Drosselung oder Drosselung auf 40%. Der Schwebeflug von Falcon 9R deutet aber tatsächlich auf Drosselung um 60% auf 40%. Bloß wie vermeidet man Strömungs-Instabilität?

Achtung, nur in Foren angelesenes Wissen!

Doch, Strömungsablösung ist relativ leicht möglich, wenn das Triebwerk gedrosselt wird. Ein Triebwerk hat dann seine maximale Leistung, wenn der Druck an der Austrittsstelle der Düse gleich dem Umgebungsdruck ist. Das ist auch gar nicht so schwer zu erreichen. Wenn z.B. der Brennkammerdruck 100 bar ist, der Austrittsquerschnitt aus der Brennkammer 5cm und die Düse am Ende 50cm Durchmesser hat, ist der Austrittsdruck 1/100, also ein bar Druck.

Das mit dem p*A=const ist eine gute Schätzung, ist aber leider falsch. Der Zusammenhang ist so ähnlich, für Details müsste ich nachschauen.

Also kann man ein Triebwerk beim Aufstieg recht gut drosseln, wenn der Treibstoff weniger wird und die Beschleunigung ein bestimmtes Maximum nicht überschreiten soll. Der Luftdruck ist dann ja viel geringer und es gibt keine Strömungsablösung. Es gibt aber ein Problem, wenn man für die Landung in Bodennähe drosseln muß. Das gleiche Triebwerk hat dann sofort Strömungsablösung.

Wie man das bei Merlin löst, keine Ahnung.

Die Lösung ist simpel. Strömungsablösung gibt es, wenn der Düsenenddruck 30-40% des Umgebungsdruckes hat. Das heißt, wenn das Merlin 1D auf sealevel angepasst ist von der Düse her, müsste bei 30-40% die Grenze liegen. Die genaue Zahl hängt von der Düsengeometrie und noch anderen Dingen ab.

Das Vulcain 2 z.B. ist nicht auf sealevel angepasst, weshalb die Strömung überexpandiert ist. Trotzdem gibt es am Boden keine Strömungsablösung. Ein kritischer Fall ist aber das Hochfahren des Triebwerkes. Dabei wird die Ablöseblase durch die Düse nach hinten rausgeschoben und es kommt zur Strömungsablösung. Die Ablösung ist stark instationär und nicht symmetrisch. Deshalb kommt es zur sogennanten Seitenlasten beim Start (engl: side load). Durch die unterschiedliche Druckverteilung in der Düse beim Start haut es die Düse zur Seite. Es gibt auch noch einen Unterschied zwischen Freistrahlablösung und Ablösung mit Wiederanlegen der Strömung, das würde jetzt aber zu weit führen.

Übrigens ist die letzte Äußerung von Elon Musk nicht eindeutig. Er sprach von 40%, es ist aber nicht klar, ob 40% Drosselung oder Drosselung auf 40%. Der Schwebeflug von Falcon 9R deutet aber tatsächlich auf Drosselung um 60% auf 40%. Bloß wie vermeidet man Strömungs-Instabilität?

Siehe oben.

Nachtrag: Steht auch alles auf Wiki sehe ich gerade:
https://en.wikipedia.org/wiki/Rocket_engine_nozzle#Aerostatic_back-pressure_and_optimum_expansion

Also eine Drosselung auf 40% halte ich für sehr unwahrscheinlich. Dazu wären signifikante Änderungen am Triebwerk notwendig, die man sicherlich nicht mal so eben stillschweigend nebenbei eingeführt hat. Ich gehe stark davon aus, dass 40% Drosselung auf 60% Schub gemeint sind. Was natürlich nicht für die Zukunft entsprechende Fortentwicklung des Triebwerks ausschließt.

Die Lösung ist simpel. Strömungsablösung gibt es, wenn der Düsenenddruck 30-40% des Umgebungsdruckes hat. Das heißt, wenn das Merlin 1D auf sealevel angepasst ist von der Düse her, müsste bei 30-40% die Grenze liegen. Die genaue Zahl hängt von der Düsengeometrie und noch anderen Dingen ab.

Danke für die Erläuterungen. Das hat hoffentlich nicht nur mir weitergeholfen mit dem Verständnis.

Abend,

Es gibt wieder ein neues Video was SpaceX grad bei Facebook bzw. auf Youtube veröffentlicht hat 


https://www.youtube.com/watch?v=ZwwS4YOTbbw

Viel Spaß

Nicht schlecht. Nun muß beim nächsten Mal aber ein Prozent-Fensterchen eingeblendet sein. 

Abend,

Es gibt wieder ein neues Video was SpaceX grad bei Facebook bzw. auf Youtube veröffentlicht hat 


https://www.youtube.com/watch?v=ZwwS4YOTbbw

Viel Spaß

Seltsam, schon der dritte Link zum gleichen Video.
Könntet ihr in Zukunft evtl. vorher mal schauen ob das schon verlinkt wurde.

Ist nicht böse gemeint aber etwas Recherche vor dem Verlinken können wir doch erwarten, oder?