Spinta vectoring
Razzi e balistici missilesEdit
dimensioni Nominali, la linea di azione dell’ vettore di spinta di un ugello razzo passa attraverso il centro di massa del veicolo, generando zero momento netto circa il centro di massa. È possibile generare momenti di beccheggio e imbardata deviando il vettore principale di spinta del razzo in modo che non passi attraverso il centro di massa. Poiché la linea di azione è generalmente orientata quasi parallela all’asse del rotolo, il controllo del rotolo richiede solitamente l’uso di due o più ugelli separatamente incernierati o di un sistema separato, come le alette o le palette nel pennacchio di scarico del motore a razzo, deviando la spinta principale. Il controllo del vettore di spinta (TVC) è possibile solo quando il sistema di propulsione sta creando la spinta; sono necessari meccanismi separati per il controllo dell’assetto e della traiettoria di volo durante le altre fasi del volo.
Spinta vectoring può essere raggiunto da quattro di base significa:
- sospensione cardanica motore(s) o ugello(s)
- Reattiva iniezione di fluidi
- Ausiliaria “Vernier” eliche
- Scarico palette, conosciuta anche come jet palette
sospensione cardanica thrustEdit
Spinta vectoring per molti liquidi razzi è realizzato da gimbaling l’intero motore. Ciò comporta lo spostamento dell’intera camera di combustione e della campana esterna del motore come sui motori gemelli del primo stadio del Titan II, o anche dell’intero gruppo motore, comprese le relative pompe di carburante e ossidanti. Il Saturn V e lo Space Shuttle utilizzavano motori a sospensione cardanica.
Un metodo successivo sviluppato per missili balistici a propellente solido raggiunge vectoring spinta deviando solo l’ugello del razzo utilizzando attuatori elettrici o cilindri idraulici. L’ugello è collegato al missile tramite un giunto sferico con un foro al centro, o una guarnizione flessibile fatta di un materiale termicamente resistente, quest’ultimo richiede generalmente più coppia e un sistema di azionamento di potenza superiore. I sistemi Trident C4 e D5 sono comandati tramite ugello ad azionamento idraulico. Gli STS SRB utilizzavano ugelli a sospensione cardanica.
Iniezione di propellentemodifica
Un altro metodo di vectoring di spinta utilizzato sui missili balistici a propellente solido è l’iniezione liquida, in cui l’ugello del razzo è fisso, ma un fluido viene introdotto nel flusso di scarico dagli iniettori montati attorno all’estremità poppiera del missile. Se il liquido viene iniettato su un solo lato del missile, modifica quel lato del pennacchio di scarico, con conseguente diversa spinta su quel lato e una forza netta asimmetrica sul missile. Questo era il sistema di controllo utilizzato sul Minuteman II e sui primi SLBM della Marina degli Stati Uniti.
thrustersEdit
Un effetto simile a thrust vectoring può essere prodotto con più propulsori vernier, piccole camere di combustione ausiliarie che non hanno le proprie turbopompe e possono gimbal su un asse. Questi sono stati utilizzati sui missili Atlas e R-7 e sono ancora utilizzati sul razzo Soyuz, che discende dall’R-7, ma sono raramente utilizzati su nuovi progetti a causa della loro complessità e peso. Questi sono distinti dai propulsori del sistema di controllo della reazione, che sono motori a razzo fissi e indipendenti utilizzati per le manovre nello spazio.
Palette di scaricomodifica
Uno dei primi metodi di vectoring di spinta nei motori a razzo era quello di posizionare le palette nel flusso di scarico del motore. Queste palette di scarico o palette a getto consentono di deviare la spinta senza spostare parti del motore, ma riducono l’efficienza del razzo. Essi hanno il vantaggio di consentire il controllo del rotolo con un solo motore, che ugello gimbaling non lo fa. Il V-2 utilizzava alette di scarico in grafite e alette aerodinamiche, così come il Redstone, derivato dal V-2. I razzi Sapphire e Nexo del gruppo amatoriale Copenhagen Suborbitals forniscono un moderno esempio di alette a getto. Le palette a getto devono essere fatte di un materiale refrattario o raffreddate attivamente per evitare che si sciolgano. Sapphire ha utilizzato palette di rame solido per l’elevata capacità termica e conduttività termica del rame e Nexo ha utilizzato la grafite per il suo alto punto di fusione, ma a meno che non si raffreddi attivamente, le palette a getto subiranno un’erosione significativa. Questo, combinato con l’inefficienza delle palette a getto, preclude principalmente il loro uso in nuovi razzi.
Missili tattici e piccoli proiettimodifica
Alcuni missili tattici atmosferici di dimensioni più piccole, come l’AIM-9X Sidewinder, evitano le superfici di controllo del volo e usano invece palette meccaniche per deviare lo scarico del motore su un lato.
Il vectoring di spinta è un modo per ridurre la portata minima di un missile, prima del quale non può raggiungere una velocità abbastanza alta per le sue piccole superfici aerodinamiche da produrre manovre efficaci. Ad esempio, i missili anticarro come l’ERYX e il PARS 3 LR usano il vectoring di spinta per questo motivo.
Alcuni altri proiettili che utilizzano thrust-vectoring:
- 9M330
- Strix colpo di mortaio utilizza dodici tronco laterale elica di razzi per fornire terminale correzioni di rotta
- AAD utilizza jet palette
- QRSAM utilizza jet palette
- MPATGM utilizza jet palette
- Barak 8 utilizza jet palette
- Un-Darter utilizza jet palette
- ASRAAM utilizza jet palette
- R-73 (missile) utilizza jet palette
- HQ-9 utilizza jet palette
- PL-10 (ASR) utilizza jet palette
- MICA (missile) utilizza jet palette
- PARS 3 LR utilizza jet palette
- missile Aster famiglia combina di controllo aerodinamico e la diretta della spinta del vettore controllo chiamato “PIF-PAF”
- AIM-9X utilizza quattro alette jet all’interno dello scarico, che si muovono come le pinne si muovono.
- 9M96E utilizza un sistema di controllo gas-dinamico consente manovra ad altitudini fino a 35 km a forze di oltre 20g, che permette l’impegno di missili balistici non strategici.
- 9K720 Iskander è controllato durante l’intero volo con superfici di controllo gas-dinamiche e aerodinamiche.
AircraftEdit
La maggior parte degli aerei di spinta vectored attualmente operativi usa i turbofan con gli ugelli o le palette giranti per deviare il flusso di scarico. Questo metodo può deviare con successo la spinta fino a 90 gradi, rispetto alla linea centrale dell’aeromobile. Tuttavia, il motore deve essere dimensionato per sollevamento verticale, piuttosto che volo normale, che si traduce in una penalità di peso. La postbruciatura (o combustione della camera del Plenum, PCB, nel flusso di bypass) è difficile da incorporare ed è poco pratica per il vectoring di spinta di decollo e atterraggio, perché lo scarico molto caldo può danneggiare le superfici della pista. Senza postcombustione è difficile raggiungere velocità di volo supersoniche. Un motore PCB, il Bristol Siddeley BS100, fu cancellato nel 1965.
Inclinabile vettore aereo spinta tramite rotanti gondole motore turboelica. Le complessità meccaniche di questo design sono piuttosto problematiche, tra cui la torsione dei componenti interni flessibili e il trasferimento di potenza dell’albero di trasmissione tra i motori. La maggior parte dei disegni rotori inclinabili attuali dispongono di due rotori in una configurazione side-by-side. Se una tale imbarcazione viene pilotata in un modo in cui entra in uno stato di anello di vortice, uno dei rotori entrerà sempre leggermente prima dell’altro, causando l’aereo a eseguire un rotolo drastico e non pianificato.
Il vectoring di spinta viene utilizzato anche come meccanismo di controllo per i dirigibili. Una prima applicazione fu il dirigibile dell’esercito britannico Delta, che volò per la prima volta nel 1912. Fu poi utilizzato su HMA (His Majesty’s Airship) No. 9r, un dirigibile rigido britannico che volò per la prima volta nel 1916 e il gemello U. S. 1930 Navy dirigibili rigidi USS Akron e USS Macon che sono stati utilizzati come portaerei in volo, e una simile forma di vectoring spinta è anche particolarmente prezioso oggi per il controllo dei moderni dirigibili non rigidi. In questo uso, la maggior parte del carico è solitamente supportata dalla galleggiabilità e la spinta vettoriale viene utilizzata per controllare il movimento dell’aeromobile. Il primo dirigibile che utilizzava un sistema di controllo basato su aria pressurizzata fu l’Omnia Dir di Enrico Forlanini nel 1930.
Un progetto per un jet che incorporasse il vectoring di spinta fu presentato nel 1949 al British Air Ministry da Percy Walwyn; I disegni di Walwyn sono conservati presso la National Aerospace Library di Farnborough. L’interesse ufficiale è stato ridotto quando si è capito che il progettista era un paziente in un ospedale psichiatrico.
Ora in fase di ricerca, Fluidic Thrust Vectoring (FTV) devia la spinta tramite iniezioni fluidiche secondarie. I test mostrano che l’aria forzata in un flusso di scarico del motore a reazione può deviare la spinta fino a 15 gradi. Tali ugelli sono desiderabili per la loro massa e costo inferiori (fino al 50% in meno), inerzia (per una risposta di controllo più rapida e più forte), complessità (meccanicamente più semplice, meno o nessuna parte o superficie in movimento, meno manutenzione) e sezione trasversale radar per la furtività. Questo sarà probabilmente utilizzato in molti veicoli aerei senza equipaggio (UAV) e aerei da combattimento di 6a generazione.