In statischen Systemen ist die
Summer ALLER Kraftvektoren an jeder Stelle NULL, andernfalls fliegt das Ding auseinander oder zerquetscht sich wie eine Getränkedose.
Das wird ganz klar wenn man versucht sich in der Mitte einer Tür oder noch besser eines Fensters einen Klimmzug zu machen, vermutlich reist das Scharnier oben aus der Halterung (Zug) oder drückt sich unten nach rechts und bricht. (Druck)
Wie soll den das sonst auch sein, der Booster über außerhalb der Mitte der Hauptstufe eine senkrechte Kraft aus, würde man nur mit einem Booster fliegen, müsste das durch leichte Schräglage, oder Veränderung vom Schubvektor kompensiert werden.
Das es zwei Booster hat, ändert an den Kräften erstmal für den Booster nichts.
Der Impuls der Triebwerksgase erzeugt einen Kraftvektor dem ein Kraftvektor entgegensteht vom selben Betrag und Richtung.
F
Booster(t)=M
Booster(t)*a
Rakete(t)+F
Hauptstufe(t)
Das sind natürlich allen Kraftvektoren!
Betrachtet man die FH als System bei denen beide Booster mit dem gleichen Schub arbeiten, ergibt das an der unteren Aufnahme eine Zugbelastung nach außen und oben einen Druck.
da die Beträge beider Booster oben und unten gleich sind, bleibt für die Hauptstufe nur eine senkrechte Kraft übrig und die Booster selber können natürlich auch nicht weg, aber trotzdem müssen beide Kräfte intern von außen nach innen umgeleitet werden.
Das spielt bei Feststoffraketen eher keine Rolle, da muss das Außenmaterial eh hohe Druckbelastungen aushalten, da spielen dann auch 100t Querkräfte keine Rolle, die sind sehr viel kleiner aus die Druckbelastungen in den Boostern.
Ich hab dieses Problem hab ich erst seit ein paar Tagen analysiert. Dabei wurden mir ein paar Dinge klarer, z.B. warum man beim Space Shuttle keine Füssigtreibstoffbooster eingesetzt hat, es war einfach um Längen einfacher. Weiterhin ist wohl das mit ein Grund warum die Delta Heavy saumässig teuer ist. Ich vermute mal sie haben das Problem durch asymmetrische Träger der Triebwerksaufhängungen gelöst. Über den Tank sicher nicht.
Möglicherweise könnten die Schubvektoren der Booster das Problem etwas kleiner machen, aber reichen tut das sicher nicht.
Farben:
- rot: Kraft durch momentanen Triebwerksimpuls
- blau: Resultierende Kraft innerhalb des Boosters
- schwarz: Schubkraft im Tankmaterial und statische Kräfte in den Aufhängungen
- grün: Eingeleitete Kraft ohne Berücksichtigung das diese ebenfalls verteilt werden muss
Das ganze ist immer noch eine Vereinfachung, weil der Druck von den neun Triebwerken ja üben die Tanks und der Außenwand durch einen Zylinder übertragen wird.
Für den Schub nach oben ist das eher kein Problem, aber die Ableitung welche durch die blauen Vektoren dargestellt wird, ist in Wirklichkeit ein Bündel von Kräften das von oben nach unten zur Hauptstufe um den Tank herum geleitet zusammen läuft.
Theoretisch könnte man einen Teil der Kraft auch nach oben zur Hauptstufe Leiten, aber das macht die Sache vermutlich noch schlechter, weil man dann Druckkräfte hat.
Das ganze kann man eigentlich nur dann richtig lösen wenn man das Simuliert und schaut wo welche Kräfte auftreten.
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