Dipl. ing. Drago I. Dragović dragovic@net.yu

Kalendar kroz istoriju Molim te objasni mi Popust

19. 02. 07.

Pošto ću uskoro (15. marta) lično da prisustvujem jednom od lansiranja Space Shuttlea, rešen sam da što više i bolje upoznam tehniku i procedure koje prate taj neosporno grandiozan poduhvat. Zato ću napisati nekoliko blogova u kojima ću se potruditi da objasnim neke od stvari koje pomažu boljem razumevanju funkcionisanja ovog čuda nauke i tehnike. Ovo je jedan od njih.

Recimo, prilikom početne faze leta šatlova, kontrola na Zemlji nas obaveštava da je letilica dosegla "max q". Evo o čemu se zapravo tu radi.

Tokom lansiranja većine svemirskih letilica čućemo da se govori o "premašivanju max q". Da bih objasnio šta to znači, moram prvo da objasnim značenje tog "q" ili "Q". Za početak, moramo da bacimo pogled na jednu od najosnovnijih jednačina mehanike fluida, famoznu Bernulijevu [1] jednačinu:

Kao što vidiš, Bernulijeva jednačina dovodi u vezu statički pritisak (p) i brzinu (V) fluida u tački 1, i pritisak i brzinu fluida u tački 2. Jednostavno, statički pritisak je spoljnji pritisak atmosfere nastao sudarom svih pojedinačnih čestica koje čine atmosferu. Pomenuta brzina se odnosi na brzinu tela, recimo aviona ili rakete, kroz vazduh. Primeti da je gustina vazduha  () konstantna, što znači da ova jednačina važi samo u nestišljivim sredinama. Mi obično pretpostavljamo da je vazduh nestišljiv pri brzinama koje su ispod brzine zvuka. To ne važi kada su lansiranja u pitanju, ali nema uticaja u prvih nekoliko minuta leta ... Ako dalje razmotrimo situaciju gde je brzina toka fluida u jednoj tački jednaka nuli, dobićemo da tada Bernulijeva jednačina izgleda ovako:

U ovom izrazu, p₀ se naziva ukupnim pritiskom (totalnim ili stagnacijskim ili udarnim pritiskom), što je još jedan važan i koristan termin u aerodinamici. Ukupni pritisak se definiše kao pritisak koji postoji ako tok fluida usporava izotropno do brzine nula. Šta to znači? Za jedan nestišljiv tok, ova nam jednačina govori da je ukupni pritisak kroz ovaj tok konstantan! Drugim rečima, bez obzira gde se nalazite u ovom toku, statički pritisak plus izraz  su uvek isti!

E sad, kakve sve to ima veze sa šatlom i "max q"? Nikakve posebne, sem što je izraz  dovoljno bitan da se dešiniše kao poseban izraz, koji se naziva dinamički pritisak ili jenostavno q!

Najlakše je o ovome razmišljati kao o pritisku merenom tokom fizičkog kretanja vazdušnog toka kraj nekog tela u pokretu. Naprimer, zamisli da si ispružio ruku iz kola dok juriš autoputem. Što brže ideš, osećaš veći pritisak na ruku. Oštrouman posmatrač će odmah primetiti sličnosti q i definicije za kinetičku energiju (KE):

Zapravo, q i jeste kinetička energija jedinične mase vazduha.

OK, vratimo se sada šatlu. Maksimalno q se uobičajeno javlja kod svih svemirskih lansiranja, ali ću se ja usredsrediti na šatlov primer. Kada tokom lansiranja šatl krene u vis, on ubrzava vrlo snažno. Dinamički pritisak zavisi od kvadrata brzine, tako da i on raste veoma brzo. Kao i kod svakog drugog vozila, i šatlova konstrukcija može da izdrži samo određeni stepen dinamičkog pritiska pre nego što nastupe ozbiljna oštećenja i lomovi, tako da se svi proračuni opterećenja ravnaju samo prema ovoj vrednosti. Tu opasnu vrednost q nazivamo "kritičnim q". Pre dostizanja kritičnog q, motori šatla rade sa samo 65% svoje snage.

Međutim, dok šatl grabi u vis, ne samo da se brzina ubrzano povećava, već se i gustina vazduha [2] ubrzano smanjuje. U jednoj tački otprilike minut nakon lansiranja i na visini od oko 10.600 m (35.000 ft), uslovi su takvi da dinamički pritisak dostiže "maksimalno q". Posle te tačke, gustina vazduha opada dovoljno brzo da šatl može da "ubaci u petu brzinu", tj. da dâ pun gas, bez bojazni za oštećenja letilice i rezervoara. Dinamički pritisak pada na nulu otprilike 2 minuta nakon lansiranja.

Kliknite na grafik

Promene gustine vazduha (ρ), brzine (V), visine (h) i dinamičkog pritiska (q) tokom lansiranja Space Shuttlea. [Mere su anglosaksonske. Koga interesuje da pretvara, evo male pomoći. Dužina 1 feet = 30,48 cm. Za dinamički pritisak: 1 lb/ft2 = 1,00047 atm ili 0,488229 g/cm2 ili 0,359131 mm Hg. Za brzinu 1 ft/s = 1,09728 km/h ili 0,3048 m/s. Za gustinu 1 slug/ft3 = 0,5153 g/cm3 ili 515,3 kg/m3.]

Gornje cifre pokazuju dinamiku kojom vrednosti variraju tokom jednog tipičnog lansiranja šatla. Kao što možeš da vidiš, "max q" se javlja oko jednog minuta nakon lansiranja – tada šatl leti brzinom od oko 1.600 km/h.

(22.02.2007.)

vrh

priključite se

Space shuttle šta je to?

SHUTTLE NA POPRAVNOM ILI U MIROVINU!?

MINUTE STRAHA ZA ASTRONAUTE (Space shuttle 2006)

Spejs šatl Kolumbija eksplodirao

Spejs šatl Kolumbija

Da li je posada Kolumbije mogla biti spasena?

Šta je to space shuttle?

Da li bi se posada Burana spasla?

Saplitanje o „Kolumbiju”