rumfart på den anden måde cs banner bloghoved

Splashdown test

Kære raketvenner

Vi har igen brug for jeres tanker og ideer!

For noget tid siden fik vi lavet nogle tests der skulle undersøge hvordan vi bedst lander med rumkapslen, for at minimere de kræfter vores astronaut vil blive udsat for.

Til dette formål havde vi 3D-printet en skalamodel af rumkapslen, hvortil vi havde lavet to forskellige endebunde. En "flad" endebund i klassisk Apollo-form samt en kegleformet endebund.

Illustration: Mads Stenfatt

skalamodellen med den flade endebund

I modellen monterede vi en sensor der kunne måle accelerationer med en frekvense på 5000Hz.

Klargøring

Setuppet er relativt simpelt. Vi har skåret toppen af et pallekar, fyldt det med vand og ved testen havde vi så en række kameraer over og under vandet.

Illustration: Mads Stenfatt

Sarunas gør et kamera klar på bunden

Selve droppet foregik så ved at vi hængte modellen op i en fast højde, med en vinkel vi fik skabt ved hjælp af et snoresæt der fastholdt de ophængningsvinkler vi ønskede at gå igennem: fra lodret til vandret med ca. ti graders intervaller.

Illustration: Carsten Olsen

Der gøres klar til at droppe rumkapslen

Udfordringer!

Nu kommer vi så til det spændende. Vi forventede at det ville reducere astronautens påvirkninger hvis endebunden var kegleformet. Vi forventede også at se en reduceret påvirkning med den flade endebund, når rumkapslen var på skrå.

Illustration: Mads Stenfatt

Der kom nogle flotte effekter ud af nogle af landingerne

Men hvor store effekterne, og hvad deres indbyrdes størrelsesforhold, ville være, det var jo det, vi glædede os til at undersøge nærmere.

Undervandsvideo i halv hastighed

Resultaterne

Testen var ikke ment som en decideret skalatest, som kan forudsige de kræfter astronauten udsættes for, men mere som en komparativ test, til at komme nærmere hvilken konfiguration mellem endebund og landingsvinkel der ser ud til at påvirke astronauten mindst. I skal derfor ikke lægge så meget vægt på værdiernes størrelse, men mere deres indbyrdes forhold. Nedenunder ses resultaterne fra de mange drops vi lavede. Grafen viser summen af accelerationer for de tre akser. Den orange linje repræsenterer målingerne med den flade endebund, mens den blå er for keglebunden. Vi var egentlig kun interesseret i at vurdere det lodrette drop med keglebunden, men valgte for sammenlignings skyld at tage lidt flere vinkler med, nær lodret. Vinklerne er repræsenteret på x-aksen, hvor 0 grader er lodret og 90 grader er vandret, svarende til at astronauten lander på ryggen. husk at astronauten sidder næsten lodret i kapslen, så en lodret landing betyder altså at rygsøjlen også er (næsten) lodret.

Illustration: Mads Stenfatt

Sum af accelerationer, Lodret er 0 grader, vandret 90 grader

Nogle observationer:

  • Med flad bund opnår vi den laveste max. acceleration ved 40 grader

  • Med keglebund opnår vi den laveste max. Acceleration ved 0 grader

  • Med flad bund er der mindst afvigelse i max. Acceleration ved 61 grader (mest konsistente landinger)

  • Med keglebund er der mindst afvigelser i max. Acceleration ved 0 grader

  • Keglebunden opnår den laveste max. Acceleration

  • Flad bund har et relativt stort sweetspot område omkring 40-50 grader

  • Keglebunden virker følsom overfor at ramme med korrekt vinkel

  • Flad bund er generelt mest konsistent med ensartede landinger

Nogle tanker:

Med flad bund virker landingsintensiteten til at være meget følsom for vinklen omkring helt lodret og vandret landing. Ved at have en vinklet landing opnår vi større sikkerhed for at ryggen ikke overbelastes ved splashdown. En landing i jævn vind kan sidestilles med at ændre landingsvinkel. Ved den flade bund har vi et meget større sweetspot område. Det kan tolkes som at vi kan forvente et mere konsistent resultat uanset bølger og svingninger under faldskærmen i landingsøjeblikket.

Illustration: Mads Stenfatt

En landing ved 40 grader, set fra flere vinkler

Ovenstående tanker var baseret på summen af accelerationer. Hvis vi splitter værdierne op i de forskellige akser, hvor aksen parallelt med rygraden må siges at være væsentligst, kommer der flere nuancer på datasættet.

Illustration: Mads Stenfatt

Accelerationer i alle akser, ved landing fra lodret til vandret (0 til 90 grader). X-aksen er parallel med rygraden, Y-aksen går parallelt med skuldrene og Z-aksen går igennem navlen.

Vi ser det samme grundlæggende mønster for x-aksen med den flade endebund, at der er et minimum ved 40 graders hældning. For keglebunden bliver det mere tydeligt, at det fortrinsvis kun er en lodret landing der er interessant. Vi ser dog også, at det faktisk er marginalt bedre at lande med den flade endebund omkring 40 graders hældning, end med keglen lodret.

Hvad nu?

Der er ingen tvivl om at det ser spændende ud med den lodrette landing med en keglebund, og vi er også ved at planlægge at lave en mere spids kegle, for at se om det kan give nye og mere spændende resultater.

Som data er i dette forsøg, vil jeg personligt foretrække at vi stræber efter at lande rumkapslen med en flad endebund, hældende mellem 40 og 50 grader. Det vil, som jeg ser det, give astronauten den mindste belastning og vi vil opnå størst mulig frihed i forhold til at lande konsistent under forskellige vejr- og vindforhold.

Splashdown ved forskellige vinkler.

MEN!

Der er også andre holdninger, og jeg er simpelthen ikke sikker på om der kan hives mere fornuft ud af dette datasæt, så derfor vil det være rigtig skønt at høre jeres fortolkning af graferne, og om I har andre forslag til hvordan vi kommer videre.

Kan I derfor ikke kaste spørgsmål, tanker og kommentarer efter os i kommentarfeltet nedenfor, så vi kan komme frem til en velunderstøttet beslutning.

Ad astra,

Mads

Mads Stenfatt er et af flere medlemmer af Copenhagen Suborbitals, der skriver på denne blog. Mads er ansvarlig for udviklingen af faldskærmssystemerne.
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Astronaten kan vel så have en position bestemt af keglen med denne vinkel. Han kan være tilbagelænet, sidelæns eller fremadlænet, medmindre vinklen bliver bestemt af faldskærmens fastgørelse. Er det med i overvjelserne?

  • 0
  • 0

Vinklerne vi har testet er tænkt som mulige vinkler vi kan hænge rumkapslen i under faldskærmene. På det første billede ses princippet i hvordan vi kan hænge rumkapslen til en fast vinkel under faldskærmen.

  • 1
  • 0

Spændende eksperiment! Jeg går udfra bunden også skal fungere som varmeskjold. Hvordan er egenskaberne for kegleformen ved overlydshastighed, er det tilstrækketligt hvis spidsen er afrundet?

  • 0
  • 0

Det er nogle super fede forsøg! (og virkeligt fede undervandsvideoer) men det er næsten umuligt at drage konklusioner på baggrund af disse data fordi I er så langt fra dynamsik similaritet med jeres rigtige rumkapsel. Optimale geometrier og vinkler vil sandsynligvist ændres når skalaen bliver en anden. Et spørgsmål til omregningen fra accelerationerne i det forskellige koordinatretninger til den totale acceleration. Når jeg regner efter for blunt ved 40 grader ved at aflæse værdierne på figuren med de forskellige retninger får jeg den totale størrelse af acellerationen til sqrt(4^2+9^2+22^2)=24 m/s^2. Dette sammenlignes med værdien af den totale acceleration for blunt ved 40 grader på den øverste graf som aflæses til 42 m/s^2, hvilket ikke stemmer overens. Er det bare mig eller er der sket en fejl i omregningen? Ved i hvad den maximale acceleration et menneske kan overleve er?

  • 1
  • 0

Er det bare mig eller er der sket en fejl i omregningen?

Hej Peter Det er ikke dig, men mig der ikke fortæller en detalje om hvordan jeg viser graferne. Jeg nu harlagt to nye grafer op der nu viser gennemsnittet plus standardafvigelserne fra testen. Den tidligere viste sådan set summen af snit + standardafvigelse. Det er denne logger vi har benyttet. Jeg mener der er en beskrivelse et sted, som forklarer summerne: https://www.msr.ch/en/product/transportati...

  • 1
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten