Massima pressione dinamica

In astronautica, il punto di massima pressione dinamica o max q è il momento durante un volo in cui un veicolo spaziale è sottoposto alla massima pressione dinamica e al massimo carico strutturale aerodinamico. La necessità di gestire la condizione di pressione dinamica massima è un fattore determinante nella progettazione dei veicoli e potrebbe porre delle limitazioni sull'inviluppo di volo del veicolo.

Definizione

La definizione matematica della pressione dinamica q è la seguente

dove ρ è la densità dell'aria locale, e v è la velocità del veicolo; la pressione dinamica può essere considerata come la densità di energia cinetica dell'aria rispetto al veicolo. Per il lancio di un razzo da terra allo spazio, la pressione dinamica è:

  • zero al decollo, quando la densità dell'aria ρ è alta ma la velocità del veicolo è nulla
  • zero fuori dall'atmosfera, quando la velocità v è alta ma la densità dell'aria è nulla
  • sempre non negativa, date le quantità in gioco

Pertanto (per il teorema di Rolle) ci sarà sempre un punto nel quale la pressione dinamica è massima.

In altre parole, prima di raggiungere max q, la variazione di pressione dinamica dovuta all'aumentare della velocità è più grande di quella dovuta alla diminuzione della densità dell'aria cosicché la pressione dinamica (energia cinetica contraria) che agisce sul veicolo continua ad aumentare. Dopo aver superato max q, è vero il contrario. La pressione dinamica che agisce sul veicolo scende allo scendere della densità dell'aria, e raggiungerà 0 quando la densità dell'aria è nulla.

Esempi di lanci spaziali

Ad esempio, durante un normale lancio dello Space Shuttle, la max q aveva luogo a un'altitudine di circa 11 km.[1] Mentre la pressione dinamica si avvicinava al max q, i tre Space Shuttle main engine venivano fatti girare a circa il 60-70% della loro spinta certificata (che dipendeva dal carico utile);[2] lo sforzo totale sul veicolo veniva tenuto a un livello sicuro, anche grazie al tipo di blocco del propellente del solid rocket booster, che riduceva di un terzo la spinta a max q dopo 50 secondi di uso di carburante.

Durante una tipica missione Apollo, la max q avveniva tra 13 e 14 km di altitudine;[3][4] per il Falcon 9 di SpaceX i valori sono più o meno gli stessi.[5]

Il punto di max q è una tappa chiave nel lancio di un razzo, perché è il momento durante il quale la struttura del veicolo subisce il massimo sforzo meccanico.

Note

  1. ^ (EN) Douglas T. Jackson, Space Shuttle Max-Q, su aerospaceweb.org, 6 maggio 2001.
  2. ^ (EN) Anna Heiney, Launch Blog, su nasa.gov, 8 agosto 2007. URL consultato il 3 maggio 2019 (archiviato dall'url originale il 18 maggio 2021).
  3. ^ (EN) David Woods, Frank O'Brien, Apollo 8, Day 1: Launch and Ascent to Earth Orbit, su history.nasa.gov, 21 agosto 2005 (archiviato dall'url originale il 2 luglio 2013).
  4. ^ (EN) Tim Brandt, David Woods, Apollo 16: Day One Part One: Launch and Reaching Earth Orbit, su history.nasa.gov, 29 ottobre 2004 (archiviato dall'url originale il 2 luglio 2013).
  5. ^ Starlink Mission, su youtube.com.

Voci correlate

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