Каковы коэффициенты лобового сопротивления для цилиндра, клина и т. д.?
Я знаю, что есть и другие причины, по которым ракета должна быть цилиндрической, не связанные с аэродинамикой, такие как эффективность при смешивании топлива и т. д., или это единственная причина, по которой они цилиндрические?
Или это больше связано с логистикой или с тем и другим? Если это связано с тем, что обе вещи верны, то с 3D-печатью и т. д., снижающими затраты на создание других форм, вероятно ли, что мы увидим клиновидную ракету в ближайшее время?
Ракеты имеют цилиндрическую форму по той же причине, по которой бункеры для кукурузы имеют цилиндрическую форму: круг имеет наибольшую площадь по сравнению с периметром любой формы, а также обеспечивает максимальную прочность от внутреннего давления. Это означает, что вы можете сэкономить на весе стенок ракеты, когда она цилиндрическая.
Цилиндр не является абсолютно лучшей аэродинамической формой, как показывает раздел «Коэффициент лобового сопротивления» в этом документе (также см. Корпус Sears-Haack ), но аэродинамика, безусловно, не является единственным соображением. С другой стороны, носовая часть ракеты обычно представляет собой конус исключительно по аэродинамическим соображениям.
Это совокупность факторов. По сути, цилиндры больших размеров легко изготовить, они имеют низкое сопротивление и в целом работают хорошо. Основная часть сопротивления будет исходить от верхнего или нижнего конца. Нижний конец содержит двигатели, которые имеют особые требования к форме. Верх обычно содержит полезную нагрузку, к которой также предъявляются особые требования. Танк должен иметь форму, которая работает с обоими. Цилиндр почти оптимален, и его гораздо проще изготовить, чем форму воздушной фольги, которая была бы оптимальной.
Что касается 3D-печати, то ракеты достаточно большие, где сделать такую штуку было бы очень сложно.
Ракеты летают в основном со сверхзвуковой скоростью. В этих условиях правило площади (постоянная площадь поперечного сечения или, по крайней мере, плавное изменение) является наиболее важным фактором, определяющим сопротивление. Цилиндр тривиально имеет постоянное сечение, а носовой обтекатель служит плавным переходом.
Конечно, длинная прямоугольная коробка также может иметь постоянное поперечное сечение, но в этом случае ответ neelsg уже объясняет, почему цилиндр идеален.
Вероятно, на этот вопрос уже дан хороший ответ, но я хочу подчеркнуть несколько моментов.
Во-первых, сосуды под давлением хотят быть круглыми. Подумайте о том, что происходит, когда вы оставляете коробку с апельсиновым соком с крышкой — она нагревается и выпирает. Это больше относится к твердотопливным ракетам, где в основном все дело в барокамере.
Другое дело, что сопротивление ветру имеет значение. Есть такое понятие, как Max Q, которое представляет собой максимальное динамическое давление (сопротивление ветра) на ракету, которое возникает где-то между отдыхом на стартовой площадке и полетом по безвоздушной орбите. Это момент, когда может произойти разрушение конструкции, и в это время ракеты часто глушат из соображений безопасности. Так что дело не только в топливной экономичности.
neelsg
Гоббс
ГдД
Н.Матис
Соломон Слоу