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ⓘ Max q




Max q
                                     

ⓘ Max q

La condizione di max q è il momento di un volo atmosferico di un veicolo spaziale in cui si raggiunge la pressione dinamica massima. Questo è un fattore significativo nella progettazione dei veicoli perché il loro carico strutturale aerodinamico è proporzionale alla pressione dinamica. Questa condizione potrebbe porre delle limitazioni sullinviluppo di volo del veicolo.

                                     

1. Definizione

La definizione matematica della pressione dinamica q è la seguente

q = 1 2 ρ v 2 {\displaystyle q={\frac {1}{2}}\rho v^{2}}

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

  • sempre non negativa, date le quantità in gioco
  • zero fuori dallatmosfera, quando la velocità v è alta ma la densità dellaria è nulla
  • zero al decollo, quando la densità dellaria ρ è alta ma la velocità del veicolo è nulla

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 allaumentare della velocità è più grande di quella dovuta alla diminuzione della densità dellaria 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 dellaria, e raggiungerà 0 quando la densità dellaria è nulla.

                                     

2. Esempi di lanci spaziali

Ad esempio, durante un normale lancio dello Space Shuttle, la max q accadeva a unaltitudine di circa 11 km. 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; lo sforzo totale sul veicolo veniva tenuto a un livello sicuro, anche grazie alla grana 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; per il Falcon 9 di SpaceX i valori sono più o meno gli stessi.

Il punto di max q è una tappa chiave dei lanci di razzi, perché è il momento durante il quale la struttura del veicolo subisce il massimo sforzo meccanico.